英国研发电子鼻 可检测水果成熟程度

人们都知道，警犬之所以能协助公安人员破案，是因为其嗅觉特别灵敏。许多哺乳动物的鼻腔内壁上虽然只有大约1000个嗅觉传感器，但它却能辨别出种类达数以千计的不同气味，这曾经一直使科学家们困惑不解。科学家最近通过利用鼠类进行的实验发现，哺乳动物不是利用一个味觉传感器来感知一种气味，而是用多个传感器组合起来共同对某种气味进行“探测”。每一种不同的组合感知一种不同的气味。由于组合方式多种多样，因此动物能辨别大量不同的气味，这一过程就好比是用字母进行不同的组合，可以构成大量的单词。几年前，科学家还曾鉴定出一个家族受体基因，认为它与气味的识别功能有关，后来它被证实就是哺乳动物的气味受体。一般而言，在动物的鼻子中，特定受体的表达能够刺激其嗅觉系统神经元对特定气味的识别。这一探索大脑气味识别奥秘的研究结果也为进一步深入研究扫除了障碍。

对于人类来说，嗅觉已经退化，远远逊色于大多数哺乳动物。不过，最近澳大利亚却发现了一位名叫罗德雷的奇人，他的鼻子的嗅觉比普通人的要灵敏25000倍，比一只训练有素的警犬的鼻子的嗅觉还要强2倍。罗德雷今年只有23岁，经医生确诊为轻度低能儿，但嗅觉特别灵敏，有人曾将一瓶打开盖的花生酱放在10英里远的地方，他竟能循着气味找到它。1994年，当他通过嗅到离家8英里远的怪异气味，帮助警察发现一具掩埋在地下的尸体后，就被警方聘请担任“编外警员”，利用他特殊的本领来专门从事物证搜寻工作。在五年多时间里，罗德雷一共参与了警方124次现场侦查，每次他都旗开得胜，成功地帮助警察抓回了逃跑的罪犯，找到失踪的儿童，查出了杀人犯藏匿尸体之处。

然而，目前世界上发现的具有这种特殊嗅觉的毕竟只有罗德雷一人，而且还没有人能说清是什么原因使他具有此等超常的能力。因此，人类如果打算提高嗅觉能力，就只有依靠现代科学技术的发展了。当前，计算机技术在产业领域的应用极大地促进了生产力的发展，并开创了产业技术革命的新时期。今天的工业计算机已经能够替代人的大脑以及多个功能器官，从事计算、检验、测试、装配和自动化控制等操作程序，不仅缓解了人的劳动强度，也使生产效率得到成倍提高，有关利用计算机替代人的鼻子进行识别气味的研究工作，也在世界各国积极开展。

人体嗅觉器官识别气味是一个很复杂的生理反应过程。自然界气味的种类成千上万，甚至专门从事气味识别工作的专业人员也常常出现识别错误，而计算机要模拟人的嗅觉器官则更加困难。计算机要完成这一任务需要解决两项关键技术：一是搞清不同气味的全部分子结构和组合，并将其数字化；二是开发高灵敏度的气味传感器。举例说，啤酒的气味由700多种不同的分子组成。科技人员要为啤酒生产行业的产品质量检验工序开发计算机气味识别系统，就必须搞清700多种气味分子的结构和组合、合格产品以及不合格产品的分子特性，并将其数字化后储存在计算机里；高分辨率的气味传感器可将采集到的产品气味传给计算机分析比较，最后由计算机作出质量鉴定。大部分食品生产行业均可使用该技术实施质量管理。

科学家已经在实践中发现一些材料具有对气味非常敏感的功能。例如，把二氧化锡及少量氯化钯研细、成型，在高温下烧结成多孔性的半导体陶瓷小片，把它装在一个小棍的头部构成探头或安放在绝缘片上形成薄膜，就具有很强的吸附气体的本领。这个半导体陶瓷探头表面吸附有氧的分子，当探头靠近某一区域时，若该处有易燃易爆气体，如一氧化碳等，便容易与探头上吸附的氧结合。半导体表面的氧少了，电阻值就会发生变化。这个变化经放大器放大，就明显地显示出来，当这一区域的危险气体达到一定浓度时，这种放大的信号就可以带动蜂鸣器发出警报，可使人们提前采取措施，预防可能发生的中毒、火灾等事故。因为这种半导体材料对气体有敏感作用，所以人们称其为气敏半导体材料。利用这种材料已经制作出许多“电子鼻”，有的能对一种气味敏感，有的能对多种气味敏感。它们不仅可以闻出气味，还可以分辨出气味的浓度。因为“电子鼻”对不同浓度的气体有着不同程度的反应，比如空气中氢气的浓度为百万分之一时，它也能嗅出来。随着浓度的增加，反应的程度也变大，目前，这种“电子鼻”已经可以嗅出苯、一氧化碳、氢气、酒精、油漆、氨等几十种气味，据测试，“电子鼻”嗅觉的灵敏度比警犬还要高出1000多倍。近年来新生产的电子鼻不仅可以闻味，而且对湿度、温度等也有一定的敏感性。

英国最近研制出一种能检测水果成熟程度的新型“电子鼻”。现有的水果成熟度检测手段大多需要从水果中提取出一定成分，这往往会给水果造成不同程度的损坏。这种新型“电子鼻”是采用闻气味的方法进行检测，因此不会损伤水果。它由气味传感器和神经网络元件结合而成。传感器探测到的水果气味，经神经网络处理后与数据库中的资料进行比较，即可精确计算出水果成熟到何种程度。如果“电子鼻”事先能接受“训练”掌握一定“经验”，那么它还可实现自动化检测。实验表明，经过“训练”的“电子鼻”最快在几秒钟内即可得出检测结果；而且其精确度超过92%。研究人员目前重点研究用“电子鼻”对香蕉和苹果成熟度进行检测，他们认为此项技术将很容易应用于其它水果。

美国国防部的高级研究项目部门正在全力以赴研究狗那灵敏的嗅觉功能，借此开发出一种有分辨力的电子鼻。狗能十分利索地搜寻爆炸物，但一般来说每次工作时间不得超过30分钟，否则它会变得精疲力尽而使灵敏度下降。专家们认为：目前的探雷技术不能识别出地雷的特征，它们有时要发出假警报。例如：地面渗透雷达能识别出土壤中电特性的变化；但却会被岩石和树根干扰而产生误判；金属探雷器会受到金属废弃物的影响；红外线传感器能寻找埋在地下的物体，但却会受到植物、阴影和土壤中含水量的干扰。新研制的“电子鼻”能对地雷的特殊气味有所反应，这种电子鼻可以装配成一小巧、轻便、高效的零部件，而其牢固度足以满足野外使用的要求。此外，一种有望帮助士兵感知化学武器进攻的“电子鼻”也在研制之中。其原理是设立一个分子“海关”，分子“海关”的形状有两种，一种形似烟囱，只允许纤长的分子通过；另一种形似山洞，只允许短粗的分子通过。

通过发明用途广泛的“电子鼻”，以代替人的嗅觉器官，自动区分不同气味，完成诸如产品分类、质量控制和环境安全监测等任务，不仅在化工、石油、矿山、航空、航天、交通、环境监测等科学研究部门有着很重要的应用价值，而且还将在公安、边防部队中发挥越来越重要的作用。因此，研制适合不同行业的高分辨率计算机气味识别装置不仅是今后计算机技术开发的重要任务，其产品也具有巨大的市场潜力。