人的五感中，嗅覺最為復(fù)雜，其機(jī)制還沒有完全查明。模仿嗅覺的機(jī)制，檢測(cè)氣味來源的種類、數(shù)量的“嗅覺傳感器”的開發(fā)在不斷推進(jìn)。如果能夠?qū)崿F(xiàn)，便可在通過氣味發(fā)現(xiàn)炸彈、發(fā)現(xiàn)癌癥等許多用途大顯身手。

  “就是嗅出C4（塑料炸彈）的氣味吧。”

  使用檢測(cè)氣味的傳感器躲避炸彈。這是2001年上市的戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作游戲《合金裝備2》（Metal Gear Solid 2）中的一幕。雖說當(dāng)時(shí)還只是游戲里的內(nèi)容，但在最近，隨著感知?dú)馕兜摹靶嵊X傳感器”的進(jìn)化，這一場(chǎng)景即將成為現(xiàn)實(shí)。

  日本九州大學(xué)味覺和嗅覺傳感器研發(fā)中心的副教授小野寺武的研究小組，正在開發(fā)利用氣味探測(cè)炸彈的嗅覺傳感器。

  動(dòng)物嗅到含有氣味成分的化學(xué)物質(zhì)，會(huì)感測(cè)到氣味成分，在大腦中識(shí)別為氣味。該研究組以炸彈成分發(fā)出的氣味為對(duì)象，利用機(jī)械重現(xiàn)嗅覺的感知過程，開發(fā)出了能探測(cè)爆炸物的嗅覺傳感器。其原理是，開發(fā)出容易與炸彈成分結(jié)合的物質(zhì)，通過掌握結(jié)合時(shí)成分性質(zhì)的變化，探測(cè)炸彈的位置。

  截至目前，探測(cè)炸彈使用的是爆炸物探測(cè)犬，犬和人都需要接受專門訓(xùn)練，而且，犬能夠集中精力探測(cè)的時(shí)間只有幾個(gè)小時(shí)，因此需要開發(fā)一種新的檢測(cè)方法。

  由于低誤測(cè)率物質(zhì)的開發(fā)、特征分析軟件的開發(fā)、設(shè)備的小型化等方面存在重重困難，開發(fā)曾幾度受阻，但考慮到“啟動(dòng)開發(fā)的2002年，是美國遭遇911恐怖襲擊的第二年。該項(xiàng)目具有深遠(yuǎn)的社會(huì)意義”（小野寺副教授），開發(fā)最終堅(jiān)持了下來。

  努力沒有白費(fèi)，小野寺副教授介紹稱，“檢測(cè)已經(jīng)達(dá)到了與犬相當(dāng)?shù)木�度”。有研究認(rèn)為，只要在氣體中達(dá)到500ppt（ppt為1萬億分之1，10-12）左右的濃度，犬就能嗅出炸彈的成分。而小野寺等人開發(fā)的傳感器，在溶液中可以檢出的最低濃度僅為5.7ppt。

  這種嗅覺傳感器很快便引起了關(guān)注。這是因?yàn)闄C(jī)場(chǎng)等公共設(shè)施具有提高安全性的社會(huì)需求，而且傳感器的應(yīng)用范圍廣，對(duì)業(yè)務(wù)的影響較大。

  除了探測(cè)炸彈以外，嗅覺傳感器還可以用來檢測(cè)毒品，以及在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)人的氣味。還可用在案件偵查現(xiàn)場(chǎng)，采集能夠確認(rèn)身份的氣味，替代指紋成為有力的證據(jù)。

  已經(jīng)有飲料制造商開始在其工廠試用嗅覺傳感器。在使用生產(chǎn)過果汁的設(shè)備生產(chǎn)茶飲料時(shí)，盡管清洗了設(shè)備，有時(shí)還會(huì)發(fā)生果汁的香味轉(zhuǎn)移到茶飲料中的情況。嗅覺傳感器可用來確認(rèn)清洗是否徹底。

  通過檢測(cè)特定成分診斷疾病

  嗅覺傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域也有很多應(yīng)用案例。其目的是利用嗅覺傳感器，檢測(cè)人呼氣的成分中是否存在某種疾病特有的物質(zhì)，以便做到早發(fā)現(xiàn)、早治療。

  因?yàn)橹恍枰�呼氣，所以與血液檢查、采集組織切片的檢查相比，對(duì)人體造成的傷害較小。
日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所電子陶瓷部部長(zhǎng)申Usoku與主任研究員伊藤敏雄開發(fā)的“呼氣氫濃度測(cè)量器”就是一個(gè)具體事例。

  申部長(zhǎng)介紹說，飯后沒有被完全消化的碳水化合物，在大腸中會(huì)被細(xì)菌分解發(fā)酵，此時(shí)會(huì)釋放出氫氣。如果在呼氣中檢測(cè)到氫氣，就可以判斷消化吸收功能較弱。

  根據(jù)這一理論，申部長(zhǎng)打算開發(fā)能在早期發(fā)現(xiàn)癌癥的嗅覺傳感器。日本國立癌癥研究中心2015年4月發(fā)布報(bào)告稱，推測(cè)日本全國的癌癥患者人數(shù)將在2015年達(dá)到98萬人。如果能在早期發(fā)現(xiàn)癌癥，可以拯救的生命數(shù)量也將飛躍式增加。

  申部長(zhǎng)等人把目光鎖定在了肺癌患者的呼氣中可能含量較多的物質(zhì)“壬醛”（Nonanal）上，開發(fā)出了可以檢測(cè)出該物質(zhì)的傳感器，目前正與愛知縣的醫(yī)療機(jī)構(gòu)合作，提高檢測(cè)精度。“除此之外，還在尋找其他候選的特征成分，并考慮利用多種物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)”（申部長(zhǎng)）。

  使用嗅覺傳感器在早期發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默型等失智癥，通過訓(xùn)練大腦，延緩其癥狀的發(fā)展。正在為此開展研究的，是日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所身體適應(yīng)輔助工程研究組的主任研究員小早川達(dá)。

  小早川表示，阿爾茨海默型失智癥的初期癥狀有時(shí)表現(xiàn)為嗅覺下降。小早川著眼于這一特點(diǎn)，開發(fā)了由氣味發(fā)生裝置、嗅覺傳感器、腦電波儀組成的系統(tǒng)。并利用該系統(tǒng)開展了對(duì)照研究，具體方式是，實(shí)時(shí)檢測(cè)有無氣味，并利用腦電波儀查看各人對(duì)氣味有無反應(yīng)。

  小早川介紹說：“在實(shí)驗(yàn)中，我們對(duì)健康人和嗅覺疾病患者進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果表明，健康人的腦電波在嗅到氣味后會(huì)作出反應(yīng)�！爆F(xiàn)在，小早川正在努力開發(fā)更小型、成本更低的檢測(cè)系統(tǒng)。

  東京農(nóng)工大學(xué)石田寬副教授開發(fā)的“嗅覺輔助面具”

  正如前面介紹的那樣，嗅覺傳感器要想在今后實(shí)現(xiàn)普及，需要經(jīng)歷3個(gè)研發(fā)階段：①研究嗅覺的機(jī)制；②以機(jī)制的研究為基礎(chǔ)，開發(fā)嗅覺傳感器；③開發(fā)配備嗅覺傳感器的裝置。

  嗅覺機(jī)制的研究方面，東京大學(xué)研究生院農(nóng)學(xué)生命科學(xué)研究科教授東原和成正在積極推進(jìn)。最近發(fā)現(xiàn)了麝香的香味與嗅出其香味的人的嗅覺及大腦區(qū)域的關(guān)系。

  麝香是常被用于香水和芳香劑等的名貴香料，價(jià)格不菲，如果能夠以這項(xiàng)研究為基礎(chǔ)，開發(fā)出檢測(cè)麝香和與之相似香味的嗅覺傳感器，就有望開發(fā)出低成本的產(chǎn)品。

  東京工業(yè)大學(xué)精密工學(xué)研究所教授中本高道在研究蒼蠅對(duì)霉臭作出反應(yīng)的機(jī)制。中本教授介紹說：“如果知道蒼蠅會(huì)對(duì)什么作出反應(yīng)，就可以代入嗅覺傳感器中，用于食品腐敗等質(zhì)量檢查�！�

  東京農(nóng)工大學(xué)研究生物系統(tǒng)應(yīng)用科學(xué)府副教授石田寬，正在開發(fā)使用嗅覺傳感器的裝置，制作出了配備燃?xì)鈿馕秱鞲衅鞯奶綔y(cè)裝置。設(shè)想的用途是在燃?xì)夤�廠檢測(cè)燃?xì)庑孤�，以及檢測(cè)垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的甲烷氣體。

  在實(shí)驗(yàn)中，風(fēng)向加大了確定發(fā)生源的難度，為此，石田副教授正在開發(fā)利用無人機(jī)爬升時(shí)的氣流，使氣味方向保持一致的技術(shù)。

  最近，石田副教授還開發(fā)出了可以背在身上實(shí)施檢測(cè)的“嗅覺輔助面具”。在感測(cè)到燃?xì)獾忍囟�氣體的氣味后，將利用對(duì)人體無害的其他氣味，在面具內(nèi)重現(xiàn)檢測(cè)到的氣味。

  石田副教授介紹說：“機(jī)器人行動(dòng)不便，移動(dòng)性略差。人在某些方面更有利。”除此之外，他還在研究人類能否通過更換嗅覺傳感器，代替警犬搜索炸彈、毒品等違禁物品。

  能再現(xiàn)香味的電視機(jī)

  嗅覺傳感器的應(yīng)用事例也已經(jīng)開始出現(xiàn)。比如檢測(cè)實(shí)際的香味、重現(xiàn)其味道并讓人嗅到的設(shè)備。前面提到的東工大的中本教授率先開展了此類研究，此前開發(fā)出了可重現(xiàn)冰淇淋香味和咖喱香味的設(shè)備。

  電影院、電視機(jī)、室外廣告的數(shù)字標(biāo)牌（電子廣告牌）等如果能夠根據(jù)播放的場(chǎng)景，釋放出對(duì)應(yīng)的香味，便可以提高臨場(chǎng)感和廣告效果。不過，“在電影院等場(chǎng)所釋放香味雖然可以增加沉浸感，但在場(chǎng)景轉(zhuǎn)換的時(shí)候，殘留的香味有可能干擾觀影”（中本教授）�，F(xiàn)在，為了讓觀眾嗅到不會(huì)有殘留的淡淡的味道，中本教授正在開發(fā)佩戴在鼻子附近的頭戴式裝置。

  美國調(diào)查公司MarketsandMarkets的調(diào)查結(jié)果顯示，嗅覺傳感器相關(guān)的市場(chǎng)規(guī)模在2020年將達(dá)到6.91億美元。隨著嗅覺研究的進(jìn)步，社會(huì)可能將會(huì)變得更加豐富多彩。

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