人的五感中，嗅覺最為復雜，其機制還沒有完全查明。模仿嗅覺的機制，檢測氣味來源的種類、數(shù)量的“嗅覺傳感器”的開發(fā)在不斷推進。如果能夠實現(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�！�

  使用檢測氣味的傳感器躲避炸彈。這是2001年上市的戰(zhàn)術動作游戲《合金裝備2》（Metal Gear Solid 2）中的一幕。雖說當時還只是游戲里的內容，但在最近，隨著感知氣味的“嗅覺傳感器”的進化，這一場景即將成為現(xiàn)實。

  日本九州大學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)利用氣味探測炸彈的嗅覺傳感器。

  動物嗅到含有氣味成分的化學物質，會感測到氣味成分，在大腦中識別為氣味。該研究組以炸彈成分發(fā)出的氣味為對象，利用機械重現(xiàn)嗅覺的感知過程，開發(fā)出了能探測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合的物質，通過掌握結合時成分性質的變化，探測炸彈的位置。

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

  由于低誤測率物質的開發(fā)、特征分析軟件的開發(fā)、設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“啟動開發(fā)的2002年，是美國遭遇911恐怖襲擊的第二年。該項目具有深遠的社會意義”（小野寺副教授），開發(fā)最終堅持了下來。

  努力沒有白費，小野寺副教授介紹稱，“檢測已經達到了與犬相當?shù)木�度”。有研究認為，只要在氣體中達到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注。這是因為機場等公共設施具有提高安全性的社會需求，而且傳感器的應用范圍廣，對業(yè)務的影響較大。

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

  已經有飲料制造商開始在其工廠試用嗅覺傳感器。在使用生產過果汁的設備生產茶飲料時，盡管清洗了設備，有時還會發(fā)生果汁的香味轉移到茶飲料中的情況。嗅覺傳感器可用來確認清洗是否徹底。

  通過檢測特定成分診斷疾病

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

  因為只需要呼氣，所以與血液檢查、采集組織切片的檢查相比，對人體造成的傷害較小。
日本產業(yè)技術綜合研究所電子陶瓷部部長申Usoku與主任研究員伊藤敏雄開發(fā)的“呼氣氫濃度測量器”就是一個具體事例。

  申部長介紹說，飯后沒有被完全消化的碳水化合物，在大腸中會被細菌分解發(fā)酵，此時會釋放出氫氣。如果在呼氣中檢測到氫氣，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)布報告稱，推測日本全國的癌癥患者人數(shù)將在2015年達到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“壬醛”（Nonanal）上，開發(fā)出了可以檢測出該物質的傳感器，目前正與愛知縣的醫(yī)療機構合作，提高檢測精度。“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進行檢測”（申部長）。

  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，是日本產業(yè)技術綜合研究所身體適應輔助工程研究組的主任研究員小早川達。

  小早川表示，阿爾茨海默型失智癥的初期癥狀有時表現(xiàn)為嗅覺下降。小早川著眼于這一特點，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)開展了對照研究，具體方式是，實時檢測有無氣味，并利用腦電波儀查看各人對氣味有無反應。

  小早川介紹說：“在實驗中，我們對健康人和嗅覺疾病患者進行了檢測。結果表明，健康人的腦電波在嗅到氣味后會作出反應�！爆F(xiàn)在，小早川正在努力開發(fā)更小型、成本更低的檢測系統(tǒng)。

  東京農工大學石田寬副教授開發(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現(xiàn)普及，需要經歷3個研發(fā)階段：①研究嗅覺的機制；②以機制的研究為基礎，開發(fā)嗅覺傳感器；③開發(fā)配備嗅覺傳感器的裝置。

  嗅覺機制的研究方面，東京大學研究生院農學生命科學研究科教授東原和成正在積極推進。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)域的關系。

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

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

  東京農工大學研究生物系統(tǒng)應用科學府副教授石田寬，正在開發(fā)使用嗅覺傳感器的裝置，制作出了配備燃氣氣味傳感器的探測裝置。設想的用途是在燃氣工廠檢測燃氣泄漏，以及檢測垃圾填埋場產生的甲烷氣體。

  在實驗中，風向加大了確定發(fā)生源的難度，為此，石田副教授正在開發(fā)利用無人機爬升時的氣流，使氣味方向保持一致的技術。

  最近，石田副教授還開發(fā)出了可以背在身上實施檢測的“嗅覺輔助面具”。在感測到燃氣等特定氣體的氣味后，將利用對人體無害的其他氣味，在面具內重現(xiàn)檢測到的氣味。

  石田副教授介紹說：“機器人行動不便，移動性略差。人在某些方面更有利�！背�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

  嗅覺傳感器的應用事例也已經開始出現(xiàn)。比如檢測實際的香味、重現(xiàn)其味道并讓人嗅到的設備。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備。

  電影院、電視機、室外廣告的數(shù)字標牌（電子廣告牌）等如果能夠根據(jù)播放的場景，釋放出對應的香味，便可以提高臨場感和廣告效果。不過，“在電影院等場所釋放香味雖然可以增加沉浸感，但在場景轉換的時候，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。

  美國調查公司MarketsandMarkets的調查結果顯示，嗅覺傳感器相關的市場規(guī)模在2020年將達到6.91億美元。隨著嗅覺研究的進步，社會可能將會變得更加豐富多彩。

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