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。……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。”
(http://www.bjkp.gov.cn/dwly/dwzw/k0843-01.htm)
所以,需要利用基因工程对各种气味加以细分,找出气味的基本构成,姐且称为基本的气味构成为基味质。若能将这种基味质如同色彩中的三基色一样,其重新组合以后以构成各种气味,这就可以像对图像采样那样,再去发明一种仪器,估且称之为采味器。那么这些基味质可以分解出来么?分解出来能够识别和保存吗?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(http://www.bjkp.gov.cn/dwly/dwzw/k0843-01.htm)。有报道说,当前的科学家已经解决了此方面的难题。“前不久有媒体报道,以色列着名的威茨曼研究所的数学家巴威·哈尔和生物化学家科隆·兰舍特经过长达3年的合作研究,已经能够大致分析出150种不同气味的特性”(中国教育和科研计算机网)。
采味器可以对气味进行模拟化的编码。只要能对气味进行模拟化的编码,那么气味的远程传输就可以实现了。因为从技术上讲,模拟化的编码方式以及传输方式向数字化的编码方式和传输方式转变在技术上都很简单。至于如何还原信号,并且要让人的嗅觉神经感觉到,详细见下文。
利用声音和图像传输的原理经过以下几个步骤:
(1)对气味采样,实现“味电转化”。
有了三基色原理和光电转化原理以后,对自然界的色彩模拟存取成为可能。那么是否可以遵循其原理,发明一种仪器(气味采集器)实现“味电转化”,对气味进行编码,使其变成电子信号呢?可以让这种仪器对现存的气味进行模拟呈现呢(可以让人的嗅觉神经感觉到这种气味的存在,尽管它是虚拟的信号)?
笔者认为,此设备需要很多专家学者的配合才能完成。首先需要化学专家、生物学专家、通信专家等先对气味本身进行实验,得到气味质,找出其共同的元素。只有能提取各种气味的共同的元素出来,才可以实现制作出基味质(如同各种化学元素一样),然后在气味采集器中装有各种模拟味质,让气味感应元件在感应到气味以后便可以让自然界的气味和采集器中虚拟的味质和自然界的味质建立关联,实现“味电转化”。那么能不能实现“味电转化”呢?现在发明的一些气味传感器技术中也已经实现。另外,现在已有多篇论文对机器如何识别气味进行了探讨,并对其如何识别的算法进行了探讨。比如《机器嗅觉系统气味识别算法》(刘红秀、骆德汉、张泽勇,2006),《气味测定方法》(苏冰琴、李亚新,2002),《气体传感器和电子鼻》(苏新梅、叶青、王道,1998),《计算机味觉信号识别的研究》(黄艳新,2004),《利用气味提取器提取“嗅源”的实用性和先进性》(刘伟、安然、王东君,2007)等。
对采样后并进行味电转化的电流信号进行数字化的转化,即让气味由模拟信号变成数字信号(此过程现在的数字技术已经实现)。
(2)数字化的气味信号,由接收终端进行解调,由数字信号变成模拟信号(此过程现在的数字技术也已经实现)。
(3)气味的接收。即让气味模拟信号作用于人体的嗅觉神经。
这个过程可能非常复杂。气味的传递和声音与图像的传递不同,人的听觉神经只要能遇到作用其上的声音信号,人就可以听到声音,人的视觉神经接触到光信号时,人就可以看到图像。但是要能让人们接收到气味信号,除非让这种信号作用于可以像气味一样作用于人的嗅觉神经。但是通过解调,出来的只是信号,只是一种波,人的嗅觉神经受到这种波的刺激以后,能否产生嗅觉反应呢?这个要试验,估计比较困难。声音和图像本来就是以波的形式存在的,而人的视觉神经和听觉神经本来就是在接收这种以波的形式而存在的信号,而模拟以后产生的信号也是以波的形式而存在的,所以人的视觉神经和听觉神经依然可以感受到它们的存在。但是人的嗅觉系统则不同。人的嗅觉神经产生嗅觉是因为它接触到气味分子了,而不是波(当然我们也可以将气味分子理解为一种特殊的波,而空气是它的载波)。空气只是这些气味分子的载体。所以若只有模拟的以电波的形式而存在的气味信号,估计它是不能让人的嗅觉神经发生作用的。所以,还得有一种可以让这种模拟信号可以作用的气味实体分子(这如同现在打印机可以利用其墨盒提供各种色彩一样,需要一个味质箱在程序的控制下可以挥发出各种气味分子),以便让产生的模拟信号作用于味质,气味因子就可以散发出来(当然这个量可以加以控制)作用于人的嗅觉神经,这样人就可以闻到气味了。另外,气味实体分子可以像墨盒里的墨一样用完了就加以补充。目前,日本在这方面已经有很大的动作在开展研究,并取得了一定的结果。据新华网传媒在线在2006年7月报道,日本已经研发出来能记录复制各种味道的“气味录放机”(参见:《日研制出“气味录放机”能记录复制各种味道》。
三、结语
现在有了基因工程和现有的数字技术、通信技术、传感技术、网络技术、生物技术、化学技术、物理技术等已经基本成熟的技术的支撑,相信科学家们会实现气味的同步异地传播。那时嗅觉媒介也就会像现在的视觉媒介、听觉媒介一样伴随在人们的左右。可以想象,嗅觉媒介出现以后,媒介融合会发生一座里程碑式的革命。那时,人们不仅是千里眼、顺风耳,而且还是万里鼻。对于人类社会来说,人类传播信息的工具增多,人类接受信息的工具增多,人类的嗅觉器官本身的功能将进化,人类适应自然、改造自然的能力也大大加强,人们的生活将更加丰富……当然,对于盲人来说,嗅觉媒介的发展则更具意义,盲人可以利用嗅觉媒介感知周围的世界,会减少他们生活中的许多不便……
[参考文献]
[1]黄艳新(2004),《计算机味觉信号识别的研究》。吉林大学博士学位论文,完成于2004年10月。
[2]刘红秀、骆德汉、张泽勇(2006),“机器嗅觉系统气味识别算法”。《传感技术学报》,2006年第6期。
[3]刘伟、安然、王东君(2007),“利用气味提取器提取‘嗅源’的实用性和先进性”。
《中国工业大学》,2007年第7期。
[4]苏冰琴、李亚新(2002),“气味测定方法”。《中国沼气》,2002年。
[5]苏新梅、叶青、王道(1998),“气体传感器和电子鼻”。《大众化学》,1998年10月。
《日研制出“气味录放机”能记录复制各种味道》,新华网传媒在线http://big5.xinhuanet.com/gate/big5/news.xinhuanet.com/newmedia/2006-07/18/con‐tent_4846910.htm
[6]《未来网络可以传送气味》,引自:http://www.edu.cn/zhi_shi_ku_5695/20070716/t20070716_243051.shtml,中国教育和科研计算机网,转引自《科技日报》。
[7]徐毓龙、徐玉成(1999),“电子鼻的研究和开发现状”。《传感器世界》,1999年第8期。