將嗅覺信息化會怎樣?

目前,人類的感知中,視覺和聽覺都已經充分做到了信息化(採樣,遠程傳輸信息,還原)。而觸覺的信息化也能看到大體的框架。

但嗅覺和味覺呢?

這自然困難得多。畢竟說白了,視覺就是光譜,聽覺就是空氣震動,但嗅覺卻涉及到眾多分子對嗅上皮的刺激,而很多分子的結構很複雜,採樣和還原都很難想像。

目前有什麼科研機構或公司在做這方面的嘗試么?最前沿的理念和科技發展到什麼程度了?


嗅覺的採樣即氣體分子檢測,實際上很普通。簡單地講,是把氣體中分子的種類、濃度信息轉化為光學、電磁學之類的物理量,再用感測器進行檢測。在某家電子鼻製造商的網站上,有其產品的原理介紹(摘自http://www.elecnose.com/)

採用感測矩陣的電子鼻系統可以模擬人類的嗅覺對氣味進行感知。利用感測器矩陣作檢測是根據樣品與感測器產生的物理變化(如電阻量) 而進行數據處理,基本檢測系統由多個屬同一類族的感測器構成,稱為「感測器矩陣」,常用的為金屬氧化物感測器(metal oxide sensor , MOS) 與電化學感測器。金屬氧化物感測器由對氣體敏感的半導體材料構成,感測器的選擇性與滲雜物的性質和濃度有關。當氣味接觸感測器時,電阻值便下降。因對氣味有獨特的選擇性,根據檢測要求,可在數十款金屬氧化物感測器( SnO2 、ZnO 、WO3等) 中選擇合適的元件以達到高解析度。此類感測器的敏感性和選擇性達106~109 級。由於在同一個儀器里裝置多類不同的矩陣技術,使檢測更能模擬人類嗅覺神經細胞,根據氣味標識和利用化學計量統計學軟體對不同氣味進行快速鑒別。在建立資料庫的基礎上,對每一樣品進行數據計算和識別,可得到樣品的「氣味指紋圖」和「氣味標記」。

電子鼻一般由氣敏感測器陣列、信號處理子系統和模式識別子系統等三大部分組成,工作時,氣味分子被氣敏感測器陣列吸附,產生信號;生成的信號被送到信號處理子系統進行處理和加工;並最終由模式識別子系統對信號處理的結果作出判斷。

在維基百科的「生物感測器」詞條中,有生物大分子的檢測原理:

生物感測器包括三個部分:

1.敏感的生物元件(生物材料如生物組織、微生物、細胞器、細胞感受器、酶、抗體、核酸等,生物派生材料或者類生物材料)。這些敏感的生物元件可以通過生物工程來創造。

2.連接二者的換能器

3.檢測元件(用如光學、壓電、電化學、溫度或者電磁等物理化學方式工作)

基於表面等離子體共振現象的光學生物感測器是倏逝波技術。這種技術利用了金或其它材料表現出來的一種特性——附著於高折射率玻璃表面的金膜能夠吸收激光,並在金膜表面產生電子波(表面等離子)。只有在特定入射角以及特定入射光線波長才有可能出現這種現象,並且這種現象高度依賴於金膜,這樣將待分析物附著到金膜上的感受器就可以產生可測量的信號。

其它的光學生物感測器主要是基於特定指示器化合物的吸光率或者熒光變化。

壓電感測器利用了壓電晶體的特性,即加上一定的電壓之後晶體會發生彈性變形。在壓電晶體上加上交流電能夠使晶體在特性頻率產生駐波。這個頻率取決於晶體的表面特性,因此如果晶體上附著一層生物識別物質,那麼當被分析目標與感受器解除在一起的時候就帶來共振頻率的變化,從而得到出現待測定物質的信號。

電化學生物感測器通常都是基於酶對於生成離子反應的催化作用。感測器基包括三個電極——一個參比電極、一個 active 電極和一個 sink 電極。

但是嗅覺信號的還原則沒有取得大的進展。目前所謂的嗅覺模擬都是在預先裝好「氣味墨盒」的基礎上實現的,只能通過控制幾種特定的化合物的釋放來產生氣味,模擬範圍十分有限。這方面最近的新聞是一家名為Feelreal的創業公司打造了一套虛擬現實頭盔,可以讓玩家嗅到虛擬場景中的氣味。可笑的是,頭盔中預置的氣味只有七種--叢林、燃燒的橡膠、花、海洋、火(這是什麼味道?)、火藥和春藥味。如果想添加更多或者定製自己想要的氣味,就得多付錢。

我個人的觀點是,想要真正實現嗅覺的還原,目前看來最現實的方法是直接向大腦輸出神經信號。在人的眼中,物體的顏色有無數種,但是顯示屏只需要顯示三種顏色就能進行模擬,因為人只有三種視錐細胞,分別對紅綠藍光敏感。也就是說,人對顏色的感知是三維的,然而人的嗅覺沒有具體的維度,無法通過幾種基礎氣味合成出任何一種氣味。

所以,常規的思路是造一台「分子發生器」。

那麼,假如想產生紅富士蘋果的氣味,該怎麼做呢?首先,要知道是什麼化學成分讓你判定這是紅富士蘋果,而不是火龍果,也不是普通的蘋果。

閱讀了《頂空固相微萃取-氣質聯用分析紅富士蘋果中的芳香物質》後你就會發現,這件工作遠比想像的要複雜,似乎不能直接靠上面所說的「電子鼻」來完成。這還只是第一步。想要真實地模擬,就必須同時產生(包括但不限於)己醛、醋酸己酯、己醇、甲酸-3-甲基丁酯、2-己烯醛、丁醇、2-甲基己醇丙酸酯、戊二醛、Q-檸檬烯、丙酸丁酯等物質,並精確地控制含量。

這些都還只是小分子,如果要模擬肉的氣味呢?假如你在看一部電影,電影中出現了烤肉的鏡頭,於是「分子發生器」開始合成這種肉中的蛋白質,等它合成好的時候電影早已結束。另外,還有個非常神奇的例子:果蠅可以分辨形狀完全相同、只是用了同一元素不同同位素的氣味分子,這用量子力學之外的理論很難解釋清楚。如果嗅覺真的能區分同位素,那這台「分子發生器」的技術要求是不是突破天際了。。

相比之下,模擬聞到某氣味後產生的特定神經信號,反而比較現實。換句話說,把嗅覺信號的採集和還原轉化為神經信號的採集和還原。現在有很多人都在從事這方面的研究,腦機介面技術的進展也很大,說不定再過些年就能準確地模擬任何一種感官了。


不請自來,確有公司在做電子感官,並有一定應用。通常應用在食品藥品環境和工業領域,儀器價格較高,資料庫和模塊需另外購買。精密度在人感官可分辨範圍內,數據準確性依賴資料庫的購買或構建。氣味分辨的主要手段是氣象色譜和氣質聯用。電子眼通過非均相顏色分布進行辨認。電子舌通過感測器進行數據分析。

利益相關:以上內容來自某企業工程師到我們單位的科研交流。我單位並未採購相關儀器,所知僅限於此。


我換一個新角度,全程無依據地腦補一下吧。

不妨回想一下人感受氣味的過程——

空氣中的分子與鼻腔中的嗅細胞結合,於是經過一個神經弧:嗅細胞感受器-傳入神經-神經中樞。於是我們感受到了氣味。

諸回答所討論的,大都是外界信息由嗅細胞感受器的階段傳入。於是,那麼就要考慮嗅細胞的對於不同氣體分子的應答機制,氣體分子的諸化學性質將承載怎樣的嗅覺信息等等……

但是,認真地看看感受氣味的過程,信息顯然有其它的傳入方式啊!

比如從傳入神經,或者直接神經中樞!

而如果要這樣實現的話,那麼需要考慮的是如何構建對嗅覺神經的放電過程,當然需要考慮放電源與嗅覺神經的對接……這種技術似乎比考慮嗅細胞的特性,以及氣體分子的設計來得方便……(並未說這些研究就沒有意義了……)

而且,放電過程可能比氣體分子安全吧?(假設放電過程不會干擾到正常的腦生理節律。)

至少,氣體分子被肺吸入之後,進入人體血液循環所帶來的複雜的生理影響。。這個評估的成本好高。。

不過我很好奇嗅覺的信息化嘗試,是要幹嘛呢?

先不要急著斷言無用。。嗯。對於混沌與未知,要保持謹慎。

首先,怎麼提高嗅覺的信息承載量,而且是易於人腦解碼的信息?

注意,易於人腦解碼很重要。比如,法語的數學教材信息量很多,而且如果我理解了我會覺得很優雅。但是,對於不識法文的我,其於我如白紙。(好吧事實並不是這樣。。)

不妨去想一下,視覺與聽覺是怎樣做到的:

在某個人類共同體中,存在著共識化的符號文法系統。

比如,當今華夏文化圈的漢字語法體系與普通話,世界範圍內的英文語法體系與國際通用的音標。就是這樣的。。

那麼如果要求嗅覺要成為一種媒介,便不可避免的要符號化。符號存在的前提,是存在若干可相互區別的特徵。嗅覺的特徵的確不少,比如,新鮮蘋果味、霉蘋果味、新鮮的腋下味、噁心的狐臭味等等……

可區別的特徵很多嘛!

然後由基本特徵的各種層次的組合,並以此為定義域,構建一個映射,映射向具象的現實和抽象的思想,而且是滿射。。

最好是與視覺、聽覺符號方法系統存在同構的。。

並大行推廣,成為社會所認同的。

如果是考慮信息輸入埠是神經的話,那麼味覺信息化,也類似的方法。

於是——————

請想像一下文明5中一個科技完成時的畫面~

系統提示:嗅覺信息化科技完成。

解鎖新科技:

· 味覺信息化科技同步完成。

· 具有嗅/味覺感知的模擬現實技術;

· 嗅覺廣播技術;

· 味覺廣播技術;(深夜美食廣播? 簡直驚艷誘惑嗷!。。)

· 嗅/味覺心理治療技術;

· 香水、佛香產業的去物質化與電子化。

觸發事件:

· 食品產業與味覺產業的分離。因為人們的味覺審美與食物分離了……於是,中國人終於不再吃真正的老壇酸菜、腌豆角、臭豆腐、臭豆腐乾、毛豆腐、皮蛋等等。食物將更加營養而不受口味的影響。

· 食品產業以健康與營養為導向;減肥產業崩潰。

· 失業的葡萄酒品酒師,炸毀了某家嗅覺味覺綜合信息公司的辦公大廈;(@小庄PetitFancy是不是你乾的?)

· 葉良辰學會了有一百種噁心別人的方法。

· 去九華山的沿途,都改賣各品牌的佛香味的腳本了。

· 寺廟中,「這位師父,阿彌陀佛~ 我請了三個佛香腳本,那佛祖知道我給他請了三柱香了吧?」

科技成就說明:

「在這片美麗而蔚藍的星球上,看到什麼我都特別想吃。

——道明淑華《呵呵呵,知乎2015》」


明樓打開王天風的信,看也不看,卻撕下了一角放入嘴裡。面帶微笑,對阿誠說:「信的內容無關緊要,我們事先就約定好了,如是甜的,就是死間計劃開始,如是鹹的,就是行動取消。」

另,樓主你太有才了。


偏題談談自己的看法|?ω?`)

視覺的信息化基於攝像機和彩色顯示屏

聲音的信息化基於錄音機和揚聲器

......

類似地,應該有

嗅覺的信息化基於分子收集器和分子發生器 ......

換句話說,嗅覺信息化的前提是需要實現電子信息和分子實體之間的相互轉化。

將分子轉化為電子信息可能需要納米級的感測器;

將電子信息轉化為分子就更加天方夜譚了!

要知道,屠呦呦因為發現了青蒿素的製取方法就得了諾獎

而有了分子發生器,通過分子結構就能模式化地製取出分子,這將導致:

- 所有有藥方的疾病都能迎刃而解,製藥公司都會破產(藥店變成電子藥方超市,實時同步最新特效藥?);

- 新型材料的研發和使用也會進入爆發期;

- 你呼出的氣體通過分子發生器通電就能變成葡萄糖(快捷營養早餐?);

- 你在家就能批量製造三硝基甲苯和冰毒(恐怖組織和吸毒人員為新科技點贊)......

然而現在的有機合成步驟多,條件苛刻,產率感人,我覺得分子發生器時代離我們還很遠,即使分子發生器出現,也一定是高度機密的存在——它在極大地造福人類的同時,也能輕鬆的毀滅人類。

相比之下,嗅覺信息化只不過是分子發生器的一個微不足道的副產品罷了

回到原題,我認為,嗅覺信息化伴隨的是一場劇變,離我們還很遠;即使出現了這樣的技術,也只有兩種情況:要麼被嚴格地保密到人類能正確運用它的時候,要麼過早投入使用使人類陷入危機。(技術的出現到普及也還有很長的路要走)

總結:有生之年應該是見不到了(?_?)


去年還在學校的時候,和幾個關係不錯的同學聊到以後創業之類的,當時其中一個同學提起一個想法,正是嗅覺信息化之類的。。。當時我們一致認為,這塊領域,目前很少有人做,而且進兩年肯定不會有太大突破,對我們這些可能是個機會。。。我們把這個當做了我們未來的核心機密。。。

然後,原來世界上這麼多有同樣想法的啊……

好尷尬……


樓上的回答大多集中在信息的外部傳遞上。然而人體感覺的產生,說到底全都是在腦的。我試著從人體感受這個角度來思考。

視覺和聽覺在外周神經系統的傳遞和在腦的產生機制已經研究的比較多,也比較清楚。嗅覺這個東西比起視覺和聽覺真是複雜太多了,基本沒有可比性。光和聲音本質是波的能量的不同,要模擬不難。味覺可能跟嗅覺還更接近些,是由味覺分子與味覺感受器的結合,傳遞到大腦後產生的。涉及化學信號與電信號之間的轉換。嗅覺也差不多,是分子與嗅覺感受細胞的結合引起的。但是能刺激嗅覺的分子是成千上萬的。味覺,大家已經知道酸甜苦咸鮮這幾種最基本的味覺了,尚且不能模擬,何談嗅覺。加上神經系統本身就很複雜,連在外周的感受都還不清楚哦。更別說在中樞的嗅覺產生的機制了。樓上很多答案我覺得都過於樂觀。

有許多最基礎的問題都還沒有搞明白。

嗅覺是不是像味覺一樣有基礎嗅覺嗎?不清楚。

嗅覺感受器識別分辨不同嗅覺分子的方式是怎麼樣的,構型?共振?特異性結合?不清楚。

不同人對於同樣的氣味組成產生的感覺是不同的嗎,為什麼不同?不清楚。

人對於自身的認識還是非常淺薄的。嗅覺味覺的信息化還有非常長的路要走。基礎研究很重要。

(我本身沒有系統的研究過嗅覺的神經基礎,以上全都是一個門外漢的困惑,也不清楚前沿研究的最新結果,可能有些問題已經有了科學的解答,懂的人請指教)


難道沒有嗅覺處理,嗅覺壓縮的技術嗎????


產生嗅覺的介入點要麼是神經,要麼是嗅覺細胞。日常生活領域,從嗅覺細胞介入更方便實用。

嗅覺的信息化需要解決兩個問題:

錄製與回放;

識別與合成;

可以聯想語音識別和圖像識別。

氣味與聲音最大的區別:聲音是能量,只要有合適的換能器(麥克風,揚聲器),就能實現電聲轉換;而氣味是一種按某種規則組成的物質,電能與氣味無法互相轉換,唯一的方法就是干預分子的活動,這顯然要難太多了…

另外,嗅覺的信息化是否能實現顯然不只是技術問題,還是軍事、政治問題。嗅覺技術的威力堪比核武器,請自行腦補…


以後的廣告帶味道,碰到自己喜歡吃的或者自己覺得好聞的還可以接受(但是千萬不能在減肥期間看電視,不能看不能看)

萬一碰到自己不喜歡的榴槤啊神馬的怎麼辦呢(只是個人不喜歡而已)怎麼辦呢怎麼辦

萬一你再碰到治療狐臭的……………某個無良廣告商…………………這酸爽………………

思前想後。嗯,你們搞就好,但是不要讓它非常普及(我指的是爛大街的那種)你們搞得貴一點讓它沒有那麼多人因為節省它的成本而去使用一些不好的材料導致我們生出一些新型的病,普及到醫院啊這些地方去幫助失去嗅覺的人利用這些技術造個假鼻子什麼的,嗯,對,就這樣挺好

(個人觀點而已,畢竟孤陋寡聞文化低,勿噴)


電子舌和電子鼻,確實有在做的啊。

最基本的原理就是生物感測器,檢測目標大多是離子或分子溶液,或者氣體濃度。

現在應用多的是有害氣體檢測,水體污染物濃度檢測等,技術已經很成熟了,但是還有繼續發展的空間


感覺樓主腦洞開的很大。

以前哪能想到可以千里之外兩人對話,兩人面對面聊天?

嗅覺估計也會實現,發美食的時候曬點美味,躺海邊的時候曬點海腥味, 的時候曬點便便味,諸如此類,想想都有點小激動呢?

專業的咱不懂,大膽猜測一下,通過氣味收集然後上傳到資料庫,然後直接模擬氣味發送對方手機,然後氣味釋放打開。

好吧,我老實關注等大神


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