指紋や虹彩などの生体認証は、スパイ映画の定番であり、それらのセキュリティ対策を回避しようとすることは、しばしば核心的なターニングポイントになる。しかし、最近では、指紋認証や顔認証が多くの携帯電話に搭載されるようになり、この技術はスパイに限定されたものではない。
今回、九州大学、東京大学、名古屋大学そしてパナソニック インダストリー株式会社の研究グループは、バイオメトリクス・セキュリティのツールキットに、人の息の匂いという新たなオプションを追加する可能性を見出し、呼気に含まれる化合物を分析して個人を特定できる嗅覚センサーを開発した。この論文は2022年5月20日にChemical Communicationsに掲載され、「Breath Odor-Based Individual Authentication by an Artificial Olfactory Sensor System and Machine Learning（人工嗅覚センサーシステムと機械学習による呼気臭に基づく個人認証）」と題されている。
機械学習と組み合わせて、16チャンネルのセンサーアレイで作られたこの「人工の鼻」は、平均97％以上の精度で最大20人の個人を認証することができたという。
情報化時代において、バイオメトリクス認証は貴重な資産を守るために重要な手段だ。指紋、掌紋、声、顔といった一般的なものから、耳音響や指の静脈といったあまり一般的ではないものまで、機械が個人を特定するために利用できるバイオメトリクスはさまざまである。
「これらの技術は、各個人の身体的な独自性に依存しているが、確実ではない。身体的特徴はコピーされる可能性があり、また怪我によって損なわれる可能性さえある。最近、人間の香りが新しいバイオメトリクス認証として注目されているが、これは本質的に、人間特有の化学組成を利用して、自分が誰であるかを確認するものだ」と、この研究の筆頭著者である九州大学大学院総合理工学府の大学院生であるチャイヤナ・ジラヨパット氏は説明している。
そのひとつが、皮膚から発生する経皮ガスである。しかし、皮膚は機械が検出できるほど高濃度の揮発性化合物を生成しないため、この方法には限界がある。
そこで研究チームは、代わりに人間の呼吸を利用できないかと考えた。
「皮膚から出る揮発性化合物の濃度は数十億から一兆分の一と低いのだが、息から吐き出される化合物は百万分の一と高い。実際、人間の息はすでに、がんや糖尿病、さらにはCOVID-19の有無を特定するのに使われている」とジラヨパット氏は続けた。
研究チームはまず、被験者の呼気を分析し、どの化合物が生体認証に利用できるかを調べた。その結果、合計28種類の化合物が有効な選択肢であることが判明した。
これをもとに、研究チームは16個のチャンネルを持つ嗅覚センサーアレイを開発し、それぞれが特定の範囲の化合物を識別できるようにした。このセンサーのデータを機械学習システムに渡すと、各人の呼気成分が分析され、個人を識別するためのプロファイルが作成される。
このシステムを6人の呼気サンプルでテストしたところ、平均97.8%の精度で個人を特定できることが分かった。この精度の高さは、サンプル数を20人に増やしても変わらなかった。
「年齢、性別、国籍が異なる多様な人たちが集まった。全体として高い精度が得られたのは心強いことだ」と、研究を率いた東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻の柳田剛 教授は説明する。とはいえ、スマートフォンに搭載されるまでには、さらなる研究が必要であることも認めている。
「今回の研究では、被験者にテストの6時間前に絶食させることを要求した。」「基礎はできた。次のステップは、食事に関係なく使えるように、この技術を改良することだ。今回の研究で、センサーの数を増やし、より多くのデータを収集することで、この障害を克服できることが分かったのはありがたいことだ」。
