本期看点 ① 电子鼻的准确率能达到多高？

② 人工智能驱动的电子鼻怎么工作？

③ 电子鼻的应用场景有哪些？

电子鼻的准确率能达到多高？

鉴别果蔬的成熟度，不再只能通过人的嗅觉；测试红酒的品质，不再只能指望品酒师的鼻子；检验化妆品的质量，不再只能依靠专业人士的经验。

这些都可以通过电子鼻（electronic nose, e-nose）来实现。随着技术的进步，电子鼻的功能越来越强大，甚至可以通过呼吸测试检查，作为判断是否患有肺癌、乳腺癌、肠癌和前列腺癌等疾病的参考。

所谓电子鼻，顾名思义，就是模仿哺乳类动物的嗅觉系统，开发出的电子系统，在训练后鉴别气味的化学构成成分，识别出气味的种类和浓度等。拿电子鼻用以判断一个人是否患有某种疾病来说，电子鼻之所以能够实现这些功能，是因为患有某种疾病的人呼出的气体中会由于这种疾病含有某些特定的化学成分，通过识别出这些化学成分，可以鉴别某种疾病是否存在。以电子鼻检查肠道疾病为例，电子鼻可以通过检测肠道疾病患者代谢物中的挥发性有机化合物(VOCs)的信号，诊断多种肠道疾病。

电子鼻之于嗅觉系统，如同机器视觉之于视觉系统、语音识别之于听觉系统。所不同的是，气味由分子构成，分子对嗅觉细胞产生刺激作用，属于物质（mass），而光和声音分别以电磁波和机械波的形式在介质中传播，属于能量（energy），这在一定程度上导致模拟嗅觉系统相对较难。相比较而言，关于模仿嗅觉系统进行的开发，目前没有机器视觉和语音识别那么常见——机器视觉和语音识别的应用随处可见，如手机上的人工智能摄像头和语音输入法——但是，这并不代表相关开发和进展的缺失。事实上，人类一直在模仿嗅觉系统进行研发，近期关于电子鼻的开发取得重大进展。

根据科学杂志《先进材料》，新加坡南洋理工大学联合中国江南大学和澳大利亚莫纳什大学，模仿哺乳类动物嗅觉系统，开发出可以用于判断肉类新鲜程度的电子鼻，安装在智能手机上的APP内，30秒内出结果，准确率高达98.5%，远高于传统检测方法的61.7%。

通过包装上条形码颜色情况分析肉类新鲜程度  来源：南洋理工大学

世间万物，“耳得之而为声，目遇之而成色”，人的耳朵听得出的音调有50万种，人的眼睛分辨出的颜色达数百万种。相较于听觉和视觉，人的嗅觉更是厉害。根据一项研究，人的鼻子能区分出的气味超过1万亿种。千百年来，人类一直在试图模仿自身制造出各种仿生学机器设备。近些年，人类模仿自身的视觉系统，开发出机器视觉；模仿自身的听觉系统，开发出语音识别。如果对嗅觉系统和电子鼻的研究持续进步与不断应用，那么人类对世界的认知无疑会更加丰富。

人工智能驱动的电子鼻怎么工作？

随着人工智能深入发展，电子鼻与人工智能融合发展。这款准确率高达98.5%的电子鼻，属于人工智能驱动，由条形码和阅读器组成，条形码的颜色随着周围的肉类散发出的气体的构成和浓度的变化而变化，阅读器则利用人工智能算法解读变色的条形码蕴含的信息做出判读。

电子鼻的工作原理与哺乳动物的嗅觉系统类似。对于哺乳动物来说，肉类产生的气体刺激鼻子中的嗅觉感受器，产生神经冲动，将信号传输给大脑，大脑收到信号后根据先前的记忆和知识，对气味分门别类，通过分析判断出具体种类和新鲜程度。

对于电子鼻来说，条形码上边的20个条码就相当于哺乳动物的嗅觉感受器，每个条码由嵌在纤维素衍生物上的壳聚糖（一种天然糖）制成，并装有不同类型的染料，染料与肉类所释放出的气体发生反应，颜色随气体的类型和浓度变化，从而形成独一无二的颜色组合，成为反映出肉类状态的气味指纹(scent fingerprint)；阅读器就好比哺乳动物的大脑，经过不同种类的条形码图像训练深度卷积神经网络(DCNN)人工智能算法，可以识别与每种新鲜程度相对应的气味指纹。例如，条形码的第一个条码包含有弱酸性的黄色染料，在暴露于腐烂的肉类产生的含氮化合物（生物胺）中时，会与这些化合物起反应改变成蓝色，颜色程度随生物胺的浓度而变化。

实验数据显示，该方法总体识别精准度为98.5%，识别变质肉类准确度达到100％，识别鲜肉和较为新鲜的肉准确度是96％至99％。

电子鼻的应用场景有哪些？

凡有气味处，皆是电子鼻潜在应用场景，例如农产品、食品、饮料和酒类、化妆品、烟草、石油化工、环保监测、医学诊断、公共安全（爆炸物、枪支弹药、毒品与其它违禁物品等检查）、虚拟现实等。市场需求的增加，驱动电子鼻市场规模的扩大。根据Verified Market Research的研究，全球电子鼻市场规模2018年为3417万美元，2026年将达到6072万美元，2019年到2026年的年均复合增长率是7.52%。全球范围内，法国的Alpha MOS、澳大利亚的E-Nose Pty、美国的电子传感器科技、荷兰的e-Nose公司、加拿大的Odotech、德国的Airsense、瑞士的Brechbuehler等是重要的电子鼻生产企业。

电子鼻有一个非常重要的应用场景，就是产业数字金融。当前，产业数字金融已经赋能数十个行业，其中就包括农业、食品等产业。农业、食品行业的一个重要特点或者说弱点就是产品容易变质腐烂，好端端的产品，丰收在望，但一旦变质腐烂，马上就要降价销售，甚至一文不值，而作为底层资产的农产品和食品的质量如何，直接关系到交易信用的构建。将电子鼻应用于底层资产监控，可以有以下几种作用：

第一、保障健康：病从口入，每天都有人因为判断失误，食用了变质腐烂的食物而生病，通过电子鼻识别食物的新鲜程度，可以保证健康饮食。

第二、杜绝浪费：节约光荣，每年舌尖上的浪费触目惊心，而一些浪费是因为无法断定食物是否新鲜，利用电子鼻判断食物新鲜程度，能在一定程度上有效避免食物浪费。

第三、构建交易信用数据：鉴定农产品和食品质量，确保底层资产质量，而底层资产的质量直接关系到金融服务，质量始终如一的底层资产，才可以让金融机构放心地为实体企业提供融资服务。

电子鼻应用于产业数字金融，具备客观性、连续性、便利性、安全性、一致性、无害化、远程化、数字化的特点，在产业数字金融构建交易信用的过程中可以发挥重大价值：标准客观，促进数据的客观；监测持续，实现数据的连续；对专业知识和技能要求不高，操作起来简单、方便；检测出易燃易爆有毒气体，保障货物和环境的安全；精准分门别类，将同一品质的物品放在一起；不涉及放射性物质，手不直接接触物品，不会对农产品和食品造成污染；遥控感知，远程实时可监控和查看；更为重要的是，气味变得可以量化下来，这些定性和定量数据可以沉淀下来，成为交易信用数据的一部分，来反映和证明产品的质量，作为金融机构提供金融服务和实体企业获得金融服务的参考依据的构成部分。

早在文艺复兴时期，英国作家莎士比亚借助《哈姆莱特》中主人公哈姆莱特之口说到：“人类是一件多么了不得的杰作！多么高贵的理性！多么伟大的力量！多么优美的仪表！多么文雅的举动！在行为上多么像一个天使！在智慧上多么像一个天神！宇宙的精华！万物的灵长!”这段对人称赞的话语，后世广为流传。作为宇宙的精华和万物的灵长，从科技角度讲，人就像一台高精密度的机器，但更加高精尖，有过之而无不及。现在，模仿各种人类器官功能设计出的产品，成为物联网的有机组成部分，产生和捕捉海量的数据，帮助人们更好地认识世界和改造世界。

嗅觉和视觉、听觉一样，是认识世界的重要途经。就像机器视觉和语音识别一样，电子鼻的发展不断模仿和超越人类，成为人类创新和创造的一部分，增加了人类感知物理世界的维度。在万物互联的时代，电子鼻产生和捕捉的数据，成为万亿级体量的产业数字金融多维数据的组成部分，作为风控参数的维度之一，赋能金融和服务实体。

文章作者:  李万林（聚均科技综合管理中心）

图片编制:  谢冰莹（聚量集团办公室）

版面编辑:  乔嘉男（聚量集团办公室）