人工智能嗅覺聞香識玫瑰

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，原來是一束玫瑰。那么，人工智能嗅覺是否能根據(jù)香味識別出玫瑰？未來的人工智能對嗅覺意味著什么？

人工智能嗅覺比人鼻更靈敏

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。這項研究的成果在食品和香料行業(yè)有潛在應(yīng)用。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辨識天然或人工化學(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)，這種能力即使是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，也可能對健康帶來傷害。

如何讓人工智能嗅覺聞到氣味

人為什么可以聞到物質(zhì)的氣味？這是因為人的鼻子中有500萬個嗅覺細(xì)胞，它們組成約400個氣味感受器。當(dāng)某種物質(zhì)的揮發(fā)性分子刺激氣味感受器時，這些感受器就被激活，人就可以感覺到這種物質(zhì)的氣味。要揭開嗅覺的奧秘，就是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)解開了人類嗅覺奧秘。

前述美國加州大學(xué)研究團(tuán)隊采用的是仿生學(xué)研究方法。他們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。他們首先開發(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安排了多達(dá)約100萬種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行氣味測試，并不斷調(diào)整參數(shù)，直到人工智能嗅覺可以進(jìn)行精確的測量。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，更重要的是可以預(yù)測新物質(zhì)的氣味。也就是說，一種物質(zhì)沒有被合成出來或沒有被發(fā)現(xiàn)之前，我們原本不可能確切了解它的氣味，但人工智能嗅覺可以根據(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)一種新的特殊氣味的香水。為此，研究人員通過實(shí)驗室模擬，提出100種物質(zhì)作為候選香味的成分;人工智能嗅覺對這些成分進(jìn)行篩選，最終可以找到適合制造新氣味香水的成分。

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，它對化學(xué)家和新產(chǎn)品開發(fā)者來說都有很大幫助。他們開發(fā)出新的化學(xué)物質(zhì)或產(chǎn)品后，可以通過人工智能嗅覺來分析產(chǎn)生這種氣味的物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)是否可用于食品、香料或其他相關(guān)行業(yè)。

人工智能嗅覺還可以測試按照一定的配方將多種化學(xué)物質(zhì)組合后產(chǎn)生的氣味。這就讓人工智能為科學(xué)家提供了一個萬能的氣味“調(diào)色板”，通過它能調(diào)配出有各種功用的氣味。比如，科學(xué)家正在利用這種方法開發(fā)一種對人無味無害的驅(qū)蚊劑。

讓機(jī)器人聞氣味

要想讓機(jī)器人更像人類，那就要讓機(jī)器人獲得人類的各種感覺，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)器人的聽覺和視覺已基本上與人接近，但觸覺、味覺和嗅覺與人還差得很遠(yuǎn)。科學(xué)家正在開發(fā)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)。未來的機(jī)器人應(yīng)該可以分辨各種氣味。

擁有嗅覺的機(jī)器人將可被用在多個領(lǐng)域。在日常生活中，它們可以幫助人們更好地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)離危險區(qū)域。在反恐安檢領(lǐng)域，它們可以幫助特警發(fā)現(xiàn)隱藏的爆炸物，因為爆炸物會散發(fā)有特殊氣味的分子。在刑偵領(lǐng)域，機(jī)器人可以通過聞味追蹤逃犯，比警犬更有效。在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域，它們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。