湖南鐵道職業(yè)技術學院，湖南 株洲 412000

一、前言

嗅覺是人體視、聽、味、觸、嗅五種感官的一種，視覺和聽覺發(fā)展成后來的光學和聲學，而觸覺也產生了各種各樣的不同物理量，唯有味覺和嗅覺的研究起源較晚，產生的機理也復雜，人們對其缺少足夠的理論認識和指導，目前對味覺和嗅覺的研究還處在朦朧階段，研究難度非同一般。

雖然人們認為嗅覺不如聽覺、視覺來的重要，但是“嗅覺”是人類與生俱有的感知方式之一，人們在社會生活的許多環(huán)境中，都有通過“嗅覺”感知信息的需要，因此“嗅覺”所扮演的角色是不容忽視的。

氣味學是研究嗅覺的學科，一直以來，科學家和研究者們對其捉摸不透，想有所突破卻又無從下手，對氣味的研究僅僅局限于非常有限的范圍之類。然而近30年以來，互聯(lián)網技術已經發(fā)生了翻天覆地的變化，在加強人與人異地溝通和聯(lián)系方面取得了重大進展，遺憾的是人們除了可以“聽”到的，大量的信息是通過眼睛“看”來的，也就是說目前在通信網上通過“多媒體”終端，我們只能獲取“聽覺”和“視覺”信息，人們通過氣味而感知的“嗅覺”，卻在信息通信的飛速發(fā)展中被冷落了，可以說，“多媒體”并沒有給人類帶來更多的“感覺”。因此，在人們對網絡通信的需求進一步擴大的今天，人們不得不靜下心來思考下一個發(fā)展熱潮：通過互聯(lián)網發(fā)送和接收氣味信息，也就是所謂的氣味網絡化傳輸。

二、氣味的網絡化傳輸概述

隨著科學技術的不斷進步，計算機嗅覺研究也將飛速發(fā)展起來，通過網絡傳輸氣味是可以實現(xiàn)的。因為不管何種氣味都有其特定的性質，都能與某些物質發(fā)生反應，這種反應可以是物理的也可以是化學的，從而造成物理量質量、顏色或電特性等發(fā)生變化，進而可以轉換成電信號，為網絡化傳輸提供了可能[1-2]。這一技術的實現(xiàn)必將引發(fā)一場新的科技革命，特別是在網絡已經成為人們生活中不可或缺內容的今天和未來，氣味網絡化的實現(xiàn)將帶來廣闊的應用前景：

1、隨著電子商務的不斷發(fā)展，氣味網絡傳輸可以優(yōu)化消費者對網絡商品的選擇，特別是容易變質的商品，以提高消費者對商品的信譽度，保障食品安全；

2、作案分析，特別是緝毒防爆方面，警方可以通過安裝氣味識別裝置，利用網絡及時傳遞作案人員及其攜帶的氣味信息，使涉案人員防不勝防；

3、觀看有聲、有色、有味的電影，讓觀眾有身臨其境的感覺[3]；

4、家居智能化，人們通過網絡可以隨意地選擇喜歡的味道，凈化居室的空氣，大量工作后放松壓抑的心情；

5、在圖像聲音的基礎上增加氣味信息，讓電子廣告效益更勝一籌；

6、世界零距離，身處異國他鄉(xiāng)，網絡可以讓你感受到家鄉(xiāng)的味道；

7、醫(yī)療領域中對患者病理診斷數(shù)據的跨省或跨國的傳輸和監(jiān)測，實現(xiàn)遠程分析和會診；

8、能夠在國家或世界范圍內對環(huán)境監(jiān)測數(shù)據進行集中分析與統(tǒng)計；

9、獨特的氣味能夠刺激大腦細胞，從而提高學習工作效率，使遠程教育以及計算機工作者神清氣爽、活力煥發(fā)。

另外，在公共安全和國防軍事方面，氣味網絡化也有廣闊的應用前景。總之，氣味網絡化的潛在經濟價值是無法用數(shù)字來衡量的，對氣味網絡化技術進行探索和研究勢在必行。

三、氣味網絡傳輸研究進展

氣味信息的傳輸已受到國內外一些研究機構的重視，對于電信終端產品來講，氣味信息傳輸是一個極有引力的拓荒區(qū)，科學家們從不同的途徑進行了探索。目前有關氣味傳輸?shù)难芯亢蛻弥饕性凇半娔X+氣味發(fā)生器”的形式，讓電腦發(fā)出指令，氣味發(fā)生器接收指令后做出響應，激活其內置氣味源的氣體，從而產生人們所需的各種氣味。對于氣味的網絡傳輸而言，其實在網絡中傳送的也只是數(shù)字信息，就像聲音和圖像一樣，只有在接收終端安裝了氣味發(fā)生裝置，氣味才能重現(xiàn)[3-4]。

氣味信息傳輸系統(tǒng)主要由氣味信息發(fā)送終端、交換和傳輸、氣味信息接收終端三部分構成，氣味信息發(fā)送終端就是將“氣味探頭”與“氣味分析編碼裝置”合并在一起，這就是目前電子傳感技術開發(fā)中應用最廣泛的“電子鼻”技術，它能夠模擬生物的嗅覺機能，也稱為人工嗅覺系統(tǒng)[5]。

早在1961年，Moncrieff就研制出了一種氣味檢測裝置，該裝置是機械式的，開創(chuàng)了人類對仿生嗅覺研究的先河；1964年Wilkens和Hatman利用氣味分子在電極上發(fā)生的氧化還原反應的原理研制出了第一個“電子鼻”；1965年，Buck 和Dravieks等人利用調制電導和氣味調制接觸電位研制出的“電子鼻”也作了相關報道[6-7]。然而，多年來由于科學家們缺少對生物嗅覺系統(tǒng)的結構組成和工作機理的了解，仿生嗅覺的研究一直進展緩慢。直到1982年，英國Warwick大學的學者模仿哺乳動物嗅覺系統(tǒng)的結構和機理提出了Sensor Array Technology，即陣列傳感器技術的概念，其基本思想是用有限個特性不同的氣敏傳感器模擬動物鼻腔內上皮嗅覺細胞的氣體感受器結構，組成交叉式陣列傳感器模塊來感受混合氣體，并產生不同的相應信號而表征混合氣體的綜合成分。從那以后，對于仿生嗅覺系統(tǒng)的研究便有了較快的發(fā)展[7]。

氣味信息發(fā)送終端（電子鼻）是氣味信息傳輸?shù)年P鍵技術環(huán)節(jié)，一種理想的電子鼻一旦研制成功，將是信息終端技術的一大進步。在這一領域，我國在上世紀末已經展開研究，建立了一部分氣味庫，并對特定的一種或幾種氣味能定性分析，主要的研究單位有浙江大學、中國科技大學、廣東工業(yè)大學、東南大學等，但是大多數(shù)研究還處在實驗室階段，在電子鼻商業(yè)化發(fā)展上與國際水平差距較大。例如廣東工業(yè)大學仿生嗅覺實驗室的實驗設備 Cyrannose 230，是目前市場上第一種基于高分子聚合物材料傳感器基礎上的便攜式電子鼻， 它能夠快速、準確地確定在食品生產和包裝過程中，食品的新鮮程度、污染情況，以及批量產品的一致性[8]。

國外對氣味網絡化傳輸?shù)难芯科鸩胶茉?，以色列的著名科學家巴威·哈爾和科隆·蘭舍歷經三年多的時間研究出了“味覺傳輸”數(shù)學公式，將“加密”的味覺信息通過計算機網絡傳送，終端則可讓人“聞到”香味。美國科學家研制的一種神奇的能發(fā)出氣味的“芳香屋”，根據互聯(lián)網傳送的數(shù)字指令，通過香味合成裝置中內置的氣味源，合成指定的揮發(fā)性液體，這樣氣味就可以通過互聯(lián)網相互傳播了。日本化妝品資生堂公司也在研發(fā)一種能根據電腦程序，通過特定裝置散發(fā)特定的氣味的互聯(lián)網傳輸香水氣味的裝置[9]。

四、氣味網絡化傳輸技術探索

本文中以仿生嗅覺技術為基礎，運用信號傳感技術和計算機網絡技術相結合的方法，通過“氣味信息的采集與處理—氣味遠距離電子傳輸—氣味信息復原”來探討氣味的互聯(lián)共享，氣味網絡化傳輸示意圖如圖1 所示 。

氣味網絡化傳輸可以簡單的理解為“氣味信息的采集與處理—氣味網絡傳輸—氣味信息的處理與還原”過程。要實現(xiàn)這一過程，需要突破的技術難關主要是氣味信息的獲取和還原，擬采取對氣味信息采取構建指紋圖譜，從而對圖譜信息進行編碼和解碼，最后借鑒三原色重現(xiàn)圖像的方法和原理來重現(xiàn)精確有效的氣味信息，這一傳輸機理的研究思想具有極度的原創(chuàng)性和創(chuàng)新性，將對氣味網絡化領域的發(fā)展起到不可替代的推動作用。

1、物質氣味信息采集指紋圖譜構建

物質氣味采集與預處理：將物質樣品由自動進樣器對樣品瓶自行振動及加溫，產生具有重復性的頂空，然后樣品氣味通過頂空進入內置預濃縮器后，自動傳遞到陣列式嗅覺傳感器。

建立仿生嗅覺系統(tǒng)裝置：根據物質樣品氣味特點，采用自動進樣及內濃縮裝置，選擇合適的集成陣列式嗅覺傳感器，對氣味信息進行采集。軟件上采用自動診斷、自動校準和數(shù)字濾波等技術，保證有效消除系統(tǒng)信號噪聲，以便建立減少氣味編碼誤差。

構建指紋圖譜：運用人工智能、神經網絡和模式識別等技術，對不同樣品的氣味數(shù)據進行處理并形成氣味指紋圖譜。

2、氣味信息編碼、解碼和網絡傳輸

指紋圖譜信息的編碼、解碼和傳輸是實現(xiàn)氣味網絡傳輸過程中極其重要的一環(huán)。其基本路線為：指紋圖譜上的信息經信號處理模塊（可用DSP）采集后傳送至微處理器中，微處理器根據相應的網絡協(xié)議，將信號封裝成幀，按照目的地址，通過網絡接口發(fā)布到網絡上，在接收端，微處理器通過網絡接口重新將幀根據相應的網絡協(xié)議還原成指紋圖譜信息。

3、用氣味發(fā)生器實現(xiàn)氣味還原

氣味發(fā)生裝置由微處理器和氣味源組成，微處理器根據傳送過來的氣味的指紋圖譜識別出該氣體的成份和濃度，進而調用氣味源，使相應的氣味原料按比例配合，從而實現(xiàn)氣味還原。

本系統(tǒng)氣味發(fā)送端采用仿生嗅覺系統(tǒng)實驗裝置，在信號檢測上，采用集成陣列式嗅覺傳感器，檢測氣味中所包含的各種成分和濃度，從而獲得氣味的總體信息；在信號處理上，采用人工智能技術對氣味信息進行學習（如同人腦的學習、思維和分析），從而建立起氣味指紋圖譜。在氣味傳輸過程中，實質上是將氣味信息轉化為一種由數(shù)字組成的化學“指紋”，這些數(shù)字信息通過互聯(lián)網送出后，接收方可以通過他們研制的氣味發(fā)生器，按要求選擇氣味源的成份和比例產生氣味，其產出的氣味將使人的大腦做出“虛擬反應”，認為自己聞到的就是原本應該有的味道，從而實現(xiàn)氣味還原。

本系統(tǒng)采用了樣本預處理、陣列傳感器、信號處理、網絡實時傳送等關鍵技術，以仿生嗅覺技術為基礎，采用標準化的網絡協(xié)議和模塊化結構將電子鼻、微處理器及網絡通信技術有機地結合起來。

五、結束語

綜上所述，隨著仿生嗅覺技術的進步，對氣味信息的進一步研究和探索，我們將迎來一個數(shù)字化的網絡，這個網絡不僅數(shù)字化了視覺、聽覺，而且還將數(shù)字化嗅覺，利用仿生學方法對不同的氣味進行識別和記憶，建立氣味指紋圖譜編碼，采用網絡對氣味信息進行傳輸，并實現(xiàn)氣味還原，這種將仿生嗅覺傳感技術、氣味發(fā)生技術以及網絡通信技術三者結合實現(xiàn)氣味網絡傳輸，必將是數(shù)字通信時代一種技術創(chuàng)新。