具有类脑信息处理功能的人工味觉系统研究

摘要

人工味觉系统采用人工智能方法模拟人类的味觉系统，是目前国际上仿生学的一个热点，已经在食品、药物等行业中得到了实际应用。本文通过对新型传感器制备技术和仿生信息处理模型的研究，构建了具有类脑信息处理功能的新型人工味觉系统。 在传感器制备过程中我们采用了导电聚合物和碳纳米管这两种国际上研究的热点功能材料，分别研制了基于聚吡咯修饰的丝网印刷碳糊电极的过氧化氢传感器和基于碳纳米管修饰的丝网印刷碳糊电极的葡萄糖传感器。在制备过氧化氢传感器中采用了导电聚合物——聚吡咯作为固定酶的载体，在电聚合过程中同时将酶诱捕在聚合物网络内，实现了电极修饰与酶固定化的一步完成。通过这种方法在电极表面实现了酶这一蛋白质大分子的足量的固定，并保持了酶的活性，操作步骤简单，操作条件易于控制。另外，在对碳纳米管的研究中，利用碳纳米管对丝网印刷的碳糊电极的表面进行修饰，并通过对比实验证明采用碳纳米管修饰的传感器，其灵敏度、电极反应速度都得到了极大改善。同时，对碳纳米管的作用机理进行了分析。 在信息处理单元，从生物的生理结构出发，研究了基于嗅觉生理结构的仿生神经模型一KⅢ模型，并将其应用于模式识别，取得了较好的成果。根据味觉系统和嗅觉系统在生理上的相似性，嗅觉仿生神经模型被应用于人工味觉系统。由于KⅢ模型在非线性神经动力学上对味觉系统中的信息进行传递、处理和学习，其处理方法更接近于味觉系统的生理过程。在果汁识别的实验中，通过和其它模式识别算法(人工神经网络)的比较，证明基于KⅢ模型的人工味觉系统具有较好的味觉识别能力。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

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第1章绪论

1.1引言

1.2研究背景

1.2.1人工味觉系统常用传感器

1.2.2人工味觉系统常用信息处理方法

1.2.3国内外研究现状

1.3论文主要工作

1.4论文结构

第2章导电聚合物修饰的过氧化氢传感器研究

2.1研究背景

2.1.1导电聚合物

2.1.2导电聚合物酶固定化技术

2.1.3国内外研究现状

2.2聚吡咯修饰的过氧化氢传感器研究

2.2.1聚吡咯修饰过氧化氢传感器制备

2.2.2实验结果与分析

2.3结论

2.4本章小结

第3章碳纳米管修饰的葡萄糖传感器研究

3.1研究背景

3.1.1纳米科技

3.1.2纳米材料

3.1.3碳纳米管

3.1.4碳纳米管修饰传感器的研究现状

3.2碳纳米管修饰的碳糊电极葡萄糖传感器研究

3.2.1碳纳米管修饰葡萄糖传感器制备

3.2.2实验结果与分析

3.3结论

3.4本章小结

第4章生物神经模型在信息处理中的应用研究

4.1研究背景

4.1.1味觉/嗅觉生理系统

4.1.2味觉/嗅觉系统模型

4.2 K系列嗅觉系统神经模型分析及其应用

4.2.1 K系列嗅觉神经模型

4.2.2 KIII模型的仿真分析

4.2.3噪声在KIII系统中的应用

4.2.4 KIII模型的学习和识别算法

4.2.5 KIII模型在人脸识别中的应用

4.3结论

4.4本章小结

第5章基于KIII模型的人工味觉系统研究及应用

5.1系统概述

5.2人工味觉系统应用

5.2.1传感器信号采集

5.2.2信息处理

5.2.3 BP神经网络对比实验

5.3结论

5.4本章小结

第6章结论与展望

6.1主要结论

6.2创新点

6.3展望

参考文献

附录

致谢