特辑2●——仪器测出的“气味”值得信赖?

产学研合作系列 2018年03月08日

2018年2月号

大坂工业大学携手柯尼卡美能达(KONICA MINOLTA)

你知道自己的体味数值吗?

由大坂工业大学的大松繁教授团队和柯尼卡美能达(KONICA MINOLTA)株式会社联合开发的能够将人体3大体臭转换成数值,显示在智能手机上的“Kunkun body”引发了人们的热议。。在“气味骚扰”备受关注的今天,这款产品反映出了(人们)对气味敏感的社会现状,因而引起了巨大反响。

◆不易察觉到的自身体臭

“汗臭(腋下汗)”、“中年脂臭”和“加龄臭(老人味)”并称为人体3大体臭。其中,“汗臭(腋下汗)”是因正常菌群对皮脂和汗液进行代谢分解后产生的酸味,通常出现在10~35岁的人群身上;“中年脂臭”是因汗液中含有的乳酸被正常菌群代谢分解(双乙酰+中链甘油三酯),在后脑到颈部一带产生的类似于用久了的油的气味,多见于30~55岁的人群;而“加龄臭(老人味)”则是步入中老年后,随着增加的皮脂中棕榈油酸的氧化分解,生成了2-壬烯醛(2-Nonenal),使得脂肪变质,进而产生的类似枯草的气味。这种体臭从50岁开始逐渐增多,不仅男性,女性也同样需要多加注意。2001年,资生堂研究中心发表了关于导致老年人体臭原因之一的“2-壬烯醛(2-Nonenal)”的相关论文,至此,其作为“加龄臭(老人味)”的主要成分而广为人知。

人如果长时间闻到同一种气味,就会变得很难感知到这种气味。这就是气味的掩蔽效应。人之所以很难感知到自身的气味,也正是出于这种原因。

◆利用神经网络技术识别气味

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大阪工业大学 大松繁教授

大松教授原本的专业是将世界上的各种现象转化为数式,并将其模型化,从而进行控制的控制工程学。他研究的是:将汽车的运动用数理模型的方式加以表达,并进行控制。随后其研究领域扩展到了AI研究方面。那么,大松教授为什么要转而进行气味相关的研究呢?

16年前,曾经有一位来自泰国的留学生,在与大松教授交流的过程中提到,“泰国(曼谷)弥漫着严重的恶臭。能不能制造出一种能够识别和测定臭气的机器呢?”。大松教授曾经在1995~2005年担任美国电气电子学会神经网络专业杂志的副主编,因此抓住了模拟人体脑神经回路的神经网络的时代潮流。在将研究方向转向至利用其进行图像、声音和气味的数值化研究的同时,对留学生进行了指导。

刚好在同一时期,美国科学家理查德·阿克塞尔(Richard Axel)和琳达·巴克(Linda B. Buck)由于“发现嗅觉感受器及嗅觉相关组织”获得了2004年度的诺贝尔生理学或医学奖。据说这件事使大松教授深受触动。

至于选择“口气”作为研究课题,是源自于他夫人的一句话,他夫人曾指出大松教授有口气,并且说了一句“是不是内脏出了什么问题?”。正是这件事引发了大松教授的思考,如果能够对口气中所包含的特有的生物气体进行测量,或许有助于在早期阶段发现一些疾病。例如,糖尿病患者的口气中带有丙酮气味、高血脂症患者的口气中带有一氧化碳气味、肝硬化患者的口气中带有氨和乙醇气味。如果没有当初夫人的那句话,或许就不会有后来的口气测试。虽然弄清楚了口气识别的原理,也将硬件设备的小型化作为了目标,但最初的样机体积却相当之大。

后来,经过反复试错,照片1中左侧的小型测试设备终于研制成功。这台样机曾经在于东京国际展览中心(Big Sight)举行的“创新日本2015”中,以“利用神经网络的高精度小型气味识别器”的名字出展,大松教授本人亲临会场进行了演示。展台前人头攒动,到场者吹气后,就能在显示屏上显示出其口气的数值。当时与恰好在场的柯尼卡美能达(KONICA MINOLTA)的负责人交换了名片,以此为契机,双方启动了共同开发,历时两年时间完成了“Kunkun body”的研发。

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照片1 成为了产品商业化契机的样机(左

◆可以实现搭载人工智能(AI)的机器人调香师?

“Kunkun body”在全世界首次实现了将3大体臭数值化,使人们能够直观地把握自身的气味。这一产品基于大松教授研发出的原理,由柯尼卡美能达(KONICA MINOLTA)对这一原理加以应用,并完成了对其商业化的过程。位于仪器内部的4个半导体探测器通过驱动神经网络和收集人体体臭并展开学习的人工智能(AI)来捕捉3大体臭(图1)。

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图1 Kunkun body的LVQ(学习向量量化)结构

使用方法相当简单,预先在智能手机上下载并安装专门的APP,然后将“Kunkun body”的测试仪举到距离测试点(头部、耳后、腋下、脚部4处)1cm左右的地方,长按按钮20秒,就能在通过蓝牙连接的智能手机上显示出气味数值,最大显示数值为100(照片2)。之所以不在测试仪上直接显示数值,是为了让用户能够以更加清楚明了的方式看到测试结果;并且利用智能手机也是为了可以将测试数据与测试地点、时间、天气等各种数据结合起来。

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照片2 被大松教授催促着,提心吊胆地对耳后进行了测试,显示数值为19。

虽然很快会进入正式销售阶段,但是在这一消息公布后,来自报纸、电视乃至海外的咨询络绎不绝,《华尔街日报(THE WALL STREET JOURNAL)》也对此进行了报道。同时也收到了来自受困于应对各种气味的行业的大量咨询。如果能够由此制订出宾馆等住宿设施内关于烟味大小的统一标准,对于厌恶吸烟的人而言,大概也会极具吸引力。

目前,关于咖啡和红酒等香气的测量与识别、电子调香师的研制、呼气识别和小型硬件的开发等项目也正在大坂工业大学展开。如果能够实现各种气味和香味的标准化,搭载人工智能(AI)的机器人调香师的出现大概也指日可待了。

(采访、整理成文:本刊主编 山口泰博)

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出处:《产学官合作期刊》 2018年2月号[网址]

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