气味也能上网传：电子鼻加AI，隔空复现咖啡与红酒香

在网上买香水，看评价一片叫好、包装也精致，收到后一喷却熏得人眼泪直流——只不过流的是「后悔的眼泪」。这种翻车或许很快会成为过去式：科学家已经找到把气味通过互联网传输的办法，当然，是在「技术上」成立的传输。

来自美国俄亥俄州立大学与中国之江实验室的研究人员搭建了一套系统：一端识别空气中的气味，另一端复现出对应的香气。

系统由两台设备组成：发送端是一台「电子鼻」（e-nose），负责嗅出空气中的化学物质；接收端是一台名为 Scentronic 的装置，负责释放香精。两者通过机器学习软件与互联网相连。目前团队用啤酒、蛋糕、咖啡、橙子和红酒五种样品完成了演示。

为什么气味比声音和图像更难数字化

人类早就会记录和传输图像与声音，专门的设备甚至能复现一部分触觉，唯独气味一直棘手。相机记录落在传感器上的光，麦克风记录声波引起的气压变化——光和声都遵循物理定律，而电子学恰好擅长处理这类信号，因此它们可以被数字化复制。

气味却是化学。它由漂浮在空气中的分子构成，往往是复杂的混合物，分子的种类和浓度决定了你闻到什么。一种香气并没有与照片、音频文件对应的直接等价物。那么该怎么捕捉它，又该怎么把捕捉到的东西转换成数字信号？这正是研究者要回答的问题。

电子鼻是一块圆形电路板，上面排布着六个金属氧化物半导体气体传感器，主要传感材料是二氧化锡。

在普通空气中，氧分子会吸附到传感器表面，从材料中夺走电子，使其电阻升高。当食物或饮料挥发出的挥发性有机物（VOC）接触到这些表面时，部分分子会与吸附的氧发生反应，把电子还给二氧化锡，电阻随之下降，电路便记录到一次对应的电压上升。

酒精饮料中的乙醇、柑橘类的柠檬烯、黄油香气的双乙酰，都能触发这类反应。由于每个传感器的响应方式不同，不同的气味源会在整个阵列上留下各自特有的电压变化曲线——可以把它理解为一张化学指纹，只不过相当模糊。

靠 AI 把模糊指纹变成「这是什么」

光有「大致对得上」的数据还不够，系统要真正可用，必须做到精确匹配，于是研究者引入了机器学习。他们采集了 250 组带标签的记录，五种食物和饮料各 50 组，每组持续记录传感器电压变化 200 秒；随后训练并比较了多个模型，让它们把这些曲线与正确类别关联起来。一旦系统认出熟悉的模式，就能给出「咖啡」或「橙子」这样的标签。计算机把数字化后的信号分类，再经由联网的云服务器转发出去。

接收端就是 Scentronic。装置内部有一系列微型腔室，预装了不同气味的液体，每个腔室各有一条释放通道。棉质滤芯把液体引向压电雾化器——一枚通电后会振动的微型圆片，以约每秒 11 万次的频率振动，把液体从微孔挤出，形成带香气的雾滴。

当「咖啡」的指令以电子信号抵达时，接收端就启动装有咖啡香精的那条通道。ESP32 微控制器用快速电脉冲驱动雾化器，通过调节喷雾频率来控制香气释放量；它也能同时开启多条通道进行混合，并独立控制各通道的配比。

需要强调的是，Scentronic 并不从零「合成」气味，它事先就装好了这五种可能的香型。AI 负责判断气味类别，接收端只需按程序放出对应香精。

手环、项链与手持三种形态

团队试做了几种 Scentronic：一种是双通道的轻量手环，一种是把五个通道像珍珠一样串在链上的项链，还有一种是五通道手持版。手环可以举到鼻前嗅闻，项链则让释放口始终靠近面部。

在受控测试中，电子鼻上的机器学习模型对五类气味的分类准确率根据方法不同落在 96% 到 100% 之间。但当 14 名志愿者去辨认手持版 Scentronic 释放的香气时，单一气味的正确率约为 73%，两种气味混合时约为 71%；在另一项强度排序测试中，准确率只有约 59%。

顺带一提，能散发气味的可穿戴设备并非新鲜事：2023 年香港的研究者展示过在 VR 中释放预装香精的无线接口，也出现过能呈现十几种气味的面罩式装置。Scentronic 团队的差异在于，他们把电子嗅觉、AI 识别、网络通信与香气释放整合成了一套远程共享系统。

目前还差得远的地方

当然，限制也很明显。电子鼻目前只认得五个类别，且每类仅用一款产品训练。Scentronic 需要为每一种要释放的气味预先装入匹配的香精——它无法闻一瓶陌生香水、解析其完整分子配方，再为网购用户忠实还原。只有五个通道，最终得到的只是原气味的「可辨认替代品」。

但它仍有使用空间。未来网店或许能让顾客在下单前先闻样，前提是接收端备有相应香精。更实际的方向是虚拟现实：游戏可以随附专门的 Scentronic 香氛包，按剧情释放气味——不过在这种场景里，电子鼻本身未必派得上用场。

把「味觉」也拉进来

研究者还做了味觉的延伸：他们造了一只实验杯，内有五条香气通道和五个微型电磁泵，可把调味液体滴入水中。戴着混合现实头显的人选择虚拟啤酒或咖啡时，杯子会释放对应香气，并加入相应液体以产生味道。团队演示了啤酒、咖啡以及两者组合的响应，展示了视觉、听觉、嗅觉与味觉如何协同。

研究者在论文中写道：「这对有营养困难的病人，以及宇航员（面对难以下咽的营养补充剂）或作战人员（食用野战口粮）等群体都有广泛应用，在这些场景中，提升食物的感知品质可能带来关键的营养或表现结果。」不过话说回来，这些场景里直接把食物做得更好吃，似乎也未尝不可。更准确的说法是：这是一个可面向众多未来应用继续开发的原型。

团队的下一步包括更灵敏的传感器、更大的训练数据集、更多香气通道，以及更好地处理复杂混合物；他们还希望开展更严格的人体测试，并为医用气味的评估建立标准化方法。至于那些令人后悔的香水盲买，暂时还得继续发生。

该研究发表在《Science Advances》期刊上。

来源：EurekAlert／美国科学促进会