TAIYO YUDEN

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可以“看见”的“气味”?
气味可视化的技术正在开发中!
AI加速了的气味分析技术

#气味传感器

【气味传感器vol.1】大家知道人类是如何感知“气味”的吗?嗅觉是五感中研究最晚的。关于被谜团包围的“气味”将给我们带来怎么样的的未来,为了,我们采访了负责新“气味传感器”开发的服部将志先生。

此次导航员

太阳诱电株式会社
开发研究所
功能设备开发部

服部 将志科长

会被视觉欺骗吗?充满谜团的“气味”世界

“人类的嗅觉,其实并没有那么的可靠。”负责开发的服部先生是这么说的。
“气味”到底是什么?气味传感器的开发是从“感知气味”出发的。采访一开始,服部先生就告诉了我这样的一个实验例子。

服部:如果一边给大家看苹果的画,一边让大家闻苹果的味道,我想几乎所有人都知道那是苹果的味道。但是,如果只闻味道的话正确率就只有50%左右了。如此,说明了人类的嗅觉是通过视觉等其他信息的补充之后才得到的。

在动物感受气味方面起着重要作用的是捕捉气味的“嗅觉受体”。就象是我们所谓的传感器一样。直到20世纪90年代,这种嗅觉受体的存在被确认,人类感知气味的机制终于被弄清楚了。

――究竟是什么样的机制呢?

服部:气味分子和嗅觉受体的关系,就像“钥匙”和“钥匙孔”一样。气味分子(钥匙)通过嗅觉受体(钥匙孔)“咔嚓”一声,就能感知到气味了。

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▲解释气味机制的服部先生是工科出身,对于“气味”这一生物学领域是完全未知的领域。

服部:还有一种叫作嗅觉细胞转换的细胞,它具有像转换器一样的作用,嗅觉细胞将嗅觉受体捕捉到的气味,转换成电子信号发送到大脑,与过去的气味记忆进行对照,判断那是什么气味。

――难道说,嗅觉受体的种类越多,就越能嗅出的气味种类就会越多吗?

服部:是的。人类所拥有的嗅觉受体约有400种,而狗的嗅觉受体大约有800种,据说狗的嗅觉是人类的1000倍~ 1亿倍。此外,线虫拥有1200种嗅觉受体,比狗还多。实际上,据说对于早期癌症患者的尿液气味,线虫它对会有90%的反应。目前,有一种利用线虫嗅觉而制成的癌症诊断试剂盒,只需要一滴尿液就可以判断,由此可判定线虫的嗅觉真的非常灵敏,。

有潜在价值的“气味传感器”市场

虽然是还没有被开发的领域,但是随着它的不断进步和发展,关于气味通讯香味相关的市场规模也会逐步扩大。我们也听说了,各个领域都非常期待“气味传感器“的开发。

――说起来,究竟是什么样的契机,让太阳诱电进军气味传感器领域的呢?

服部:人类的五感中唯一没有被商品化的是气味传感器,可见其潜在的市场价值非常大。另外,我们现有的有机材料、无机材料、压电等材料技术也是非常的实用。

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▲正在开发中的“气味传感器”QCM模析/就是利用了本公司自己的技术和人工智能技术,将气味数据化

服部:就气味传感器而言,尽管其他公司并未有领先,但其市场吸引力也是相当大的,却至今没有被商品化,原因在于对于气味,我们还有很多未解之谜(苦笑)。
视觉有三基色(红、蓝、黄),味觉的话,也有五味(甜、酸、咸、苦、鲜),而气味在自然界中有数十万种之多,没有所谓的基本的气味。以什么样的中心来分析和评价是非常困难的。

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▲通过设置在壳体上的PC连接端子和吸排气口/内置泵来吸排空气,更新内部的气味成分

服部:我们平时所熟知的气味,是由多种气味分子组合而成的。例如,咖啡的香味是约由100种气味组合而成,人类的大脑可以瞬间识别。但用机器来做这件事非常困难,不过随着近年来人工智能的发展,也可以同时进行复杂的计算和解析,可能会出现和人脑一样能判别气味。我认为,今后能否熟练运用人工智能是成为把气味实现商品化的关键。

“用AI进行模式学习&分析”气味传感器到底是怎么样的呢?

太阳诱电研发的气味传感器,拥有16种通道(※相当于人的嗅觉受体的感应膜),将检测到的气味数据化。通过让AI事先记住各种气味数据的模式,在实际感知到气味时推算出其最接近哪种模式,从而来辨别气味。

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▲气味分析原理/由于气味分子吸附在水晶基板上的吸附膜上,水晶(石英)的共振频率发生变化。根据频率的变化量来分析气味成分。

――也就是说,只要进一步提高各个频率的敏感度和增加频道线路数量的话,这是否意味着就可以感知到更接近人类嗅觉的东西?

服部:从理论上来说应该是这样的。关于频道线路,如果增加16种以上的数量的话,就可以感知到更多种类的气味。话虽如此,在现实中,要让工业产品拥有和人类一样的400种频道线路的话是非常困难的。不过,实际上也不需要那么多的种类,我们只需要能判断出需要感知的范围内的气味就足够了。
我们更需要的不是(增加频道线路)以及扩大范围,而是要提高敏感度。目前对于特定的气味分辨,已经可以达到人类嗅觉的水平了,如果我们能做更加深入的研究,可以达到狗的嗅觉程度的话,,我想它的用途将会更加广泛。

――将来,当气味传感器商品化的时候,会被哪些领域使用到呢?

服部:目前,从客户提出的反馈来看,更多的人希望能够用在“异常检测”和“预防保全”的领域。在不久的将来,由于少子和老龄化日趋严重,安保检查方面的人力资源将很难确保。我相信多企业可能都会考虑用传感器来代替人力。
我认为,即使现在是人在做,可能在数年后也确实会有靠人力劳动消失的领域,确保能够代替的劳动力将会成一个极待解决的课题题。

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▲气味传感器以图像/烟雾等气体散发的气味分子为基础检测异常的解决方案正在考虑之中

―― 其它领域,如果我们将它用在农业上时,是否可以通过气味来判断水果的最佳采摘时节呢?

服部:实际这种期待也是有的。水果会释放出特有的气体,我们可以通过气味来判断它的成熟度,反过来说,如果过于成熟的话,会释放出接近腐烂的味道。我想在不久的将来我们就应该可以通过传感器来判断果物的最佳食用期了。
目前,我们正在以将人类的嗅觉水平提高到狗的嗅觉水平为目标来进行各种研究和实验,如果连动物的极限水平都超过了的话,还会有可能会被运用到我们意想不到的领域,将会对人类进步做出巨大的贡献。

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▲随着感知气味的研究不断深入,将来有可能代替用动物或人来进行辩别,且精度会更高(如图)

服部:比如说,如果具备了和狗同级别的嗅觉的传感器实现商品化了的话,我认为它可以代替缉毒犬和搜爆在犬的工作。这样一来,不仅有助于爱护动物,而且还能节约成本。一般来说,培养一只缉毒犬需要7 ~ 8年的时间,而且成本也非常的高,因为缉毒犬极易疲劳,所以能正常工作的时间也是相当的有限。如果能使用带有这些功能的传感器的话,我相信,将会非常有市场前景。

逐步揭开面纱的嗅觉领域,将会如何改变我们现有的认知?

服部先生说,气味传感器及其它的分析技术今后有望在保健领域、安全、防灾等领域上得以应用。

举个例子,当人类感到压力时所产生的极微量的“皮肤气体”通过可穿戴终端来进行检测,它可以每天监测我们的身体状况,因为狗是通过气味来识别人类的,所以最终根据气味进行个人识别的情况也是有可能的。另外,我们还可以通过检测土壤中的气体变化,可以捕捉到泥石流的前兆。

在“气味传感器”的技术进步发展之前,我觉得这是一次有着无限可能性的采访。

这次介绍的技术

在太阳诱电网站上详细讲解