能监测环境,诊断病情,还能自我学习…这个荷兰电鼻子要逆天么?

Comon Invent 公司的CEO西蒙·布茨玛先生(Simon Bootsma)在他办公室的电脑上给我打开了一幅鹿特丹港区的实时空气质量监测图。我正在为一片表示安全的绿色标识感到欣慰,突然靠近厂区油罐的地方出现了红色标识,与此同时,屏幕上方闪烁的红色警报显示某一方位发现有害气体泄漏,并显示出有害气体的浓度以及构成。我不由自主地倒吸一口冷气,担心下一秒钟一朵蘑菇云就升起了。

“别紧张。”西蒙解释说,“这只是给企业发出的警报,让他们有足够的时间找到来源并处理好。这也是为什么要安装电鼻子的原因——你永远需要做好准备,防患于未然。”


图:西蒙在演示电子气味监测系统            摄影:大地

闻到了什么怪气味?电鼻子告诉你

电鼻子其实就是用仿生学原理模拟人类嗅觉系统的电子气味检测仪。100年前著名发明家贝尔曾提出检测气味的设想,但直到上世纪50年代以后相关研究才开始有实质进展。从上世纪80年代开始,欧美开始研发气味检测技术。今天,电鼻子已经被应用到环境监测、安保、交通安全及医疗等各个领域。西蒙原先是代尔夫特理工大学实验室的电气工程师,专门开发智能感应元件。从上世纪90年代初开始,他创办自己的公司Comon Invent,开始研制、开发电鼻子。

西蒙在电脑上打开了另外一幅地图,上面标出了全球空气污染最严重的国家和地区。中、美两个大国当然污染最严重,印度紧随其后,而让我意外的是,地图上显示荷兰鹿特丹港口地区是全欧洲空气质量最差的地方。西蒙解释说:因为港口运输繁忙,周边有众多化学工厂和大型储油罐区,在生产、运输和装卸过程中难免会有气体泄漏。风会将这些气体的味道吹散到附近的居民区,给大家带来了不少烦扰。仅仅是其中的一家公司,2012年当地政府环保部门DCMR就收到了超过600次本地居民对它的气味投诉,有的月份甚至高达250次。

为了实时监控这一地区的空气污染状况,政府投入1500万欧元安装和维护高精度空气质量分析系统。但是人们对于气味的敏感度超过仪器发现空气异常的反应速度,如果依照安全临界点来设定警报,往往临界值还未达到,居民已经闻到了难闻的气味;而且,这种空气监测系统每小时更新一次数据,如果气味来自航行船只的污染和泄漏,当居民闻到气味时船已经走远了。投诉电话打来,环保部门会因为一时找不到气味来源而延长处理投诉的时间,很容易让居民感到不满。人们需要像自己的鼻子一样能够实时发现空气质量变化、并像千里眼一样即刻追踪到污染源的仪器和系统。

西蒙和他的团队设计出专门分辨特殊气味的检测装置,同原来的空气质量分析仪安装在一起,并实时交换数据。企业和环保部门通过遍布港区的250个小型电子感应器实时捕捉污染气体的气味、测量浓度和风向,再自动与系统里的样本进行比对,判断气体成分;通过比较、追踪邻近的感应器的数据,人们就可以在第一时间找到难闻气味的准确来源。


图:电鼻子系统的工作流程                  来源:comon-invent.com

实验发现,相同条件下电鼻子的敏感度远远超过人类鼻子的敏感度。在人们可能闻到气味之前,电鼻子已经发现问题、锁定来源,企业可以立即控制和清除污染。就算少量气味被风吹送到居民区,居民打电话投诉,环保部门也可以马上告诉居民问题所在并告知解决方案。自从安装了电鼻子系统,附近居民对那家公司的投诉从2012年的全年600多次下降到2014年的全年大约20次。不仅环境监测效率大大提高,社会也更加和谐了。


图:西蒙在介绍电子气味检测仪         摄影:大地

从电鼻子(eNose)到“我们的电鼻子”(WeNose)

在鹿特丹港区的案例中,电鼻子系统把政府、企业和居民联系在一起共同解决气味污染问题,电鼻子(eNose)变成了“我们的电鼻子”(WeNose)。空气污染和气味干扰不仅影响到居民的身心健康和生活质量,对于企业是否能够长期留在该地区以及环保部门怎样提高管理效率也至关重要。电鼻子系统将实时监测的数据显示在企业和相关部门的网络上。老百姓可以从网络上看到电鼻子安装的位置和实时监测数值变化,并且通过相关的教育项目了解到气味与污染的相关信息,从而知道在闻到难闻的气味时,如何能够理性地判断和处理。这极大地缓解了当地环保工作的压力。


图:鹿特丹港区电子气味监测系统,上图红色表示空气质量异常,下图为eNose分布地点     来源:comon-invent.com

与其它专门检测有害或有毒气体装置不同的是,西蒙的电鼻子系统是一个开放的智能学习系统。电鼻子是以人们对气味的敏感度为基础而设计的。在他的实验室里,受试者不仅被邀请测试不同的气味,还要告知对这种气味是否排斥以及排斥的程度。一般说来,常见的几种污染气体大多有特殊的气味,而人们对这些气味的感知和排斥程度是不同的,这些信息都会存储在云端数据库里。除了在鹿特丹港区,西蒙的电鼻子产品还安装在了荷兰史基浦国际机场、阿曼,沙特等地。西蒙和他的团队也经常到屠宰场、垃圾场等等容易产生扰民气味的地点去采样。从不同地方、不同项目中搜集的样本使电鼻子系统数据库储存的样本不断扩大,电鼻子灵敏度和准确度自然也就不断提高。

呼口气,就知道你生了什么病

电鼻子不仅可以告诉你周围发生了什么,还可以告诉你身体里发生了什么。

前不久,西蒙受邀在南非约翰内斯堡TEDx讲坛演讲,介绍自己目前与阿姆斯特丹大学医学中心(AMC)合作开发的电鼻子医疗诊断系统:Spironose。古代的医生就已经把“闻”作为诊断的方法之一。现代医学更加能够确定很多疾病可以通过人类口中的气味来判断。阿姆斯特丹大学医学中心一直在从事这项研究,目前已经从1000个样本中总结出了一些疾病的数字化口气特征。从2010年开始,西蒙的公司开始替代美国公司为这项研究提供技术支持。虽然设备的外观与环境气味检测仪不同,但两种电鼻子的工作原理基本相同。这种电鼻子搜集人类呼出气体后与系统存储的样本进行比对,然后判断是哪种疾病。限于目前研究水平和样本搜集数量,这项技术暂时还只能辅助诊断。但这项技术毕竟已经向前迈了一大步。西蒙希望10年后电鼻子可以将诊断准确率提高到99.9%,让大家随时随地都可以掌握自己的健康信息。这样不仅诊疗成本和难度大大降低,还可以提高对像禽流感之类突发传染病的防控效率。将来,如果你感到身体不舒服,完全可以从兜里掏出诊疗仪呼口气看看。也说不定在机场安检时,或者在路上遇上警察查酒驾的时候就顺便帮你把体检也做了。


图:西蒙在TEDx上介绍电鼻子诊断系统            来源:TEDxJohannesburg


图:研制中的Spironose诊断系统                   来源:comon-invent.com

不卖产品,卖服务

这么高大上的“学霸”电鼻子却从不零售,原因是西蒙始终没有把产品的销量看成是他开发电鼻子的目的。“我的目的是帮助人们解决问题。”西蒙创建公司时的第一个项目,是帮助小便自制有困难的孩子练习小便反应。他与医疗机构合作,推出这项为期6周的治疗服务。用户不需要购买设备,只需要付少量的租金。项目提供免费培训教会家长和孩子们使用。6周以后99%的孩子可以正常控制小便,不再尿床。公司回收设备继续循环使用。 “人们不需要我们卖给他们产品,他们需要的是用这个产品来解决困难。”同样,类似鹿特丹港口区等地的环境监测项目,西蒙提供咨询服务,帮助当地企业建起空气质量监测网络,使企业有足够的时间找到并控制污染源,老百姓不再被周围的怪气味烦扰。而对于Spironose气味诊断仪,西蒙说:“我希望这项技术能帮助患者尽早发现疾病,让大家更加了解自己的健康,这个要比产品的销量更重要。”

随着不同项目积累的气味类型信息越来越多,西蒙希望电鼻子能兼有超过人类鼻子的灵敏度和强大的数据分析能力,帮助人类解决更多问题。

陈大地
陈大地

陈大地,欧中国际经济与文化交流中心创办人,致力于推动中西经济、文化、艺术及教育交流。

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