機器如何聞到味道？解析仿生電子鼻的嗅覺模擬

機器如何聞到味道？解析仿生電子鼻的嗅覺模擬
作者 國立中山大學 IT Superhero



我們的嗅覺是依靠位於鼻腔中的嗅覺組織，其中特殊的嗅覺受體細胞，能傳遞氣味分子的化學訊號轉換為電波訊號，並透過嗅球傳遞至腦部，幫助腦部進行嗅覺解析，而大腦皮質會將這些氣味分別進行歸檔整理，因此能夠產生對於各種氣味的記憶。例如，當我們聞到食物腐敗的氣味時，大腦會對比於新鮮食物的氣味記憶，使我們可以確認氣味的異同。

電子鼻感測的科學原理

電子鼻是近年來迅速發展起來的研究領域，為可模擬人類感官分析的電子分析軟體。起源 1982 年於英國 Warwick 大學的 Persaud 和 Dodd 模擬哺乳動物嗅覺系統的結構及原理，提出了以感測器矩陣技術為基礎的電子鼻，才讓這些主觀的感覺有了科學化的基礎。


▲ 左側是偵測氣體的感測器主體，在右側平板上可顯示分析結果。

國立清華大學電機系鄭桂忠教授研究電子鼻十餘年，鄭教授介紹電子鼻的應用原理，他在晶片表面塗上一層含碳的高分子材料，這是模擬我們的嗅覺受體細胞；當高分子接觸到氣體時，高分子就會膨脹變大，改變了高分子原先的電阻。


▲ 可替換電阻式感測陣列晶片。

在感測器矩陣中配置 8~9 種不同的高分子材料晶片感測器，當不同成分的氣味分子接觸到感測器陣列時，會使每個感測器產生程度不同的電阻變化，不同氣體及濃度會讓陣列中各感測器產生不同的電阻數據，透過統計分析與預先建立的資料庫比對出氣體的種類，最後透過電子螢幕及圖像顯示，如此便成為該氣味獨特的電阻組合圖，就像不同的氣體有不同的身分辨識的指紋圖。


▲ 常見肺炎細菌指紋圖。（Source：清大電機系鄭桂忠教授實驗室）

電子鼻的應用範圍

電子鼻的技術特色為檢測速度快，重複性好，還能檢測一些人鼻不能檢測的氣體，又可以避免人為誤差，所以可應用的範圍非常廣泛。例如食品工業用做食品保存監控及風味鑑定；環境保護方面可用作監測汽機車廢氣、工業廢氣等有害氣體；在軍事上用於毒性氣體監測等。

近年來電子鼻技術延伸應用在疾病的快篩檢測上，如同中醫診斷方式望、聞、問、切的「聞」來診斷。例如肺炎病患可能是由不同的細菌引發感染，因為細菌的新陳代謝也會產生氣體，因此不同種類細菌感染引發的肺炎，病人呼出的氣味也會有差異，透過電子鼻快速篩檢出可能的細菌類型，便可提供醫療人員在病人發病初期作選擇藥物的參考，可提高投藥的準確率，比一般透過細菌培養確認病菌需耗費 4~5 天的時間更有效率得多。最新的研究顯示，未來醫生可以讓病人利用電子鼻做簡單的呼吸測試，就可以篩檢出肺癌。

突然想到之前可以合成味道的那台機器
只是不知道有沒有後續
突然沒消沒息

以後的AI機器智能連味覺都可以具備
這會不會太恐怖了一點

連嗅覺都可以靠機器分辨了!應用的地方也不錯!

真的嗎
嗅覺應該是生物裡面最複雜的一個感官了
竟然現在AI能夠分辨味道
太恐怖了啊

WOW
這樣未來人工的東西越來越齊全
連嗅覺都能用機器代替

原來電子鼻技術可以應用在疾病的快篩檢測上
那以後看病是不是對著電子鼻做簡單的呼吸測試就能知道生什麼病了

這樣應該能更快發現一些病徵
早期發現就早期治療啊

不知道是以什麼樣為標準啊!可以拿來偵測臭味嗎!

如果技術有所提昇，檢測一些人類不能檢測的氣體，其實還不錯