聞香識(shí)玫瑰：人工智能的靈敏嗅覺

文/楊先碧

如果有人蒙上我們的眼睛，并遞上來一束鮮花，我們可以聞到誘人的芳香，卻有可能說不出花的名字。睜開眼一看，原來是束玫瑰。那么，人工智能能不能根據(jù)香味識(shí)別出玫瑰呢？

人工智能的嗅覺比人鼻更靈敏

美國加州大學(xué)河濱分校的研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)來破解化學(xué)物質(zhì)的氣味。這是美國國家科學(xué)基金會(huì)資助的一項(xiàng)科學(xué)研究，在食品、香料和香料行業(yè)有著潛在的應(yīng)用。

參與這一項(xiàng)目的科學(xué)家阿南達(dá)桑卡·雷伊說：“在日常用品中，一些散發(fā)香味的物質(zhì)可能有毒或有刺激性。我們要尋找更安全、更天然或更溫和的物質(zhì)來代替它們。現(xiàn)在，我們可以使用人工智能來預(yù)測天然或人工化學(xué)物質(zhì)的氣味。”

或許有人說，我們可以請人去聞啊！但是，與人工智能相比，人的效率和精確度實(shí)在太低。人工智能每分鐘可以篩選數(shù)百種化學(xué)物質(zhì)，而且能給出相對精確的氣味參數(shù)，而鼻子最靈敏的人也遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法與之相比。況且，讓人去聞各種各樣安全性不確定的氣味，也可能會(huì)對其造成傷害。

供圖/銳景創(chuàng)意

機(jī)器嗅覺系統(tǒng)

人類嗅覺系統(tǒng)

如何讓人工智能聞到氣味？

人為什么可以聞到物質(zhì)的氣味？這是因?yàn)槿说谋亲又杏?00萬個(gè)嗅覺細(xì)胞，這些細(xì)胞組成約400個(gè)氣味感受器。當(dāng)某種物質(zhì)的揮發(fā)性分子刺激氣味感受器時(shí)，這些感受器會(huì)被激活，人就可以感覺到這種物質(zhì)的氣味。要揭開嗅覺的奧秘，就要弄清楚不同的氣味對應(yīng)著什么樣的感受器。目前，生理學(xué)家已經(jīng)充分理解了人類嗅覺的原理。

加州大學(xué)河濱分校的研究小組采用了仿生學(xué)的研究方法，在人類嗅覺原理的基礎(chǔ)上，利用信息學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)的研究成果來建立人工智能嗅覺模型。研究人員首先開發(fā)了一種智能程序，可以讓機(jī)器學(xué)習(xí)人類氣味感受器的運(yùn)作方法。

然后，他們?yōu)槿斯ぶ悄苄嵊X安排了約100萬種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行氣味測試，并不斷地調(diào)整參數(shù)，直到人工智能嗅覺可以進(jìn)行精確化的測量。在最近的一次測試中，人工智能嗅覺可以聞出玫瑰的香味，而且還能根據(jù)香味的細(xì)微差異來判斷玫瑰的品種。當(dāng)園藝科學(xué)家今后開發(fā)出新的花卉品種后，香味指標(biāo)就可以靠人工智能的測試來提供。

預(yù)測新物質(zhì)的氣味

人工智能嗅覺除了對已有物質(zhì)的氣味進(jìn)行篩選外，更重要的是能預(yù)測新物質(zhì)的氣味。也就是說，一個(gè)物質(zhì)沒有合成出來或沒有被發(fā)現(xiàn)之前，我們是不可能確切了解它是什么氣味的。但是，人工智能嗅覺就可以根據(jù)嗅覺數(shù)據(jù)庫中已有的各種參數(shù)來預(yù)測新物質(zhì)的氣味。

比如，某公司希望開發(fā)一種特殊氣味的香水，研究人員在實(shí)驗(yàn)室模擬后，提出100種新物質(zhì)可以作為候選香味成分。人工智能嗅覺對這些尚未合成出來的新物質(zhì)進(jìn)行篩選，最終可以找到適合制造香水的新物質(zhì)。

對化學(xué)物質(zhì)氣味的人工智能化預(yù)測，創(chuàng)造了一種新的科學(xué)方法，這對化學(xué)家和輕工業(yè)新品開發(fā)者來說都有很大的幫助。他們開發(fā)出新的化學(xué)物質(zhì)或產(chǎn)品后，可以用人工智能嗅覺來確定這些物質(zhì)是否可以用于食品、香料或其他相關(guān)行業(yè)。

此外，人工智能嗅覺還可以測試多種化學(xué)物質(zhì)按照一定配比組合后所產(chǎn)生的氣味。因此，人工智能嗅覺為科學(xué)家提供了一個(gè)廣泛的氣味“調(diào)色板”，可以據(jù)此調(diào)配出各種功用的氣味。比如，科學(xué)家正在利用這種方法開發(fā)一種驅(qū)蚊劑，它會(huì)讓蚊子避之不及，但是對人類來說無味無害。

讓機(jī)器人聞到氣味

要想讓機(jī)器人更像人類，那就要讓機(jī)器人獲得人類的多種感覺，其中視覺、聽覺、觸覺、味覺和嗅覺是最基本的5種感覺。目前，機(jī)器人的聽覺和視覺基本上沒有問題了，而要求更精細(xì)的觸覺、味覺和嗅覺還和人類差得很遠(yuǎn)。科學(xué)家開發(fā)出來的人工智能嗅覺可以作為智能程序安裝在智能氣味檢測儀中，也可以安裝到機(jī)器人體內(nèi)。因此，如果有需要的話，未來的機(jī)器人是可以聞到各種氣味的。

如果機(jī)器人擁有嗅覺，它可以應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域。在日常生活中，它可以更好地幫助人們烹飪香氣撲鼻的美食，幫助人們挑選更合適的日用品，讓人們遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的區(qū)域；在反恐安檢領(lǐng)域中，它也可以大顯身手，幫助特警發(fā)現(xiàn)隱藏的爆炸物，因?yàn)楸ㄎ飼?huì)散發(fā)出有特殊氣味的分子；在刑警偵探領(lǐng)域，機(jī)器人可以聞味追蹤逃犯，它可能比警犬更有效；在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域，它可以追蹤有害氣體的來源，比如可以幫助人們發(fā)現(xiàn)煤氣管道泄漏的位置……