本文中文翻譯由《電子設(shè)計(jì)應(yīng)用》特別提供 

具有并超越人類(lèi)感覺(jué)的五感傳感器 

　　各類(lèi)五感傳感器處于完全不同的開(kāi)發(fā)階段(見(jiàn)圖4)，從技術(shù)高度化、實(shí)用化的觀點(diǎn)來(lái)看，可以分為以下幾大階段：開(kāi)發(fā)新的傳感器元件的階段；進(jìn)行小型化、集成化的階段；發(fā)展信息處理及識(shí)別技術(shù)的階段。  

      其中，觸覺(jué)傳感器、嗅覺(jué)傳感器、味覺(jué)傳感器在開(kāi)發(fā)傳感器元件的階段就已經(jīng)落后于其他傳感器，但最近其新技術(shù)及嶄新應(yīng)用正在急速增加。例如，之前的觸覺(jué)傳感器只能檢測(cè)位置，而新的傳感器可檢測(cè)壓力與溫度。而嗅覺(jué)傳感器已經(jīng)可以通過(guò)體臭或口臭識(shí)別疾病。味覺(jué)傳感器則可真實(shí)再現(xiàn)人的味覺(jué)，將應(yīng)用于烹調(diào)器具。 

　　處于較領(lǐng)先地位的是聽(tīng)覺(jué)傳感器與視覺(jué)傳感器，此類(lèi)傳感器在信息處理、識(shí)別技術(shù)上的發(fā)展驚人。不久，應(yīng)該就可以從超高速動(dòng)態(tài)影像中提取出各種信息，并擴(kuò)大人類(lèi)視野，可以看到以前人類(lèi)看不到的地方。 

　　上述五感傳感器開(kāi)發(fā)的共通之處就是技術(shù)發(fā)展都充分參考了生物體的結(jié)構(gòu)。不光是開(kāi)發(fā)仿真人類(lèi)感覺(jué)的傳感器，而且還在致力于開(kāi)發(fā)大大超越人的感覺(jué)及能力的傳感器。 

　　下文將從傳感器元件的初級(jí)開(kāi)發(fā)階段開(kāi)始，按觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)的順序，對(duì)各傳感器的最前沿技術(shù)進(jìn)行介紹。 

觸覺(jué) 目標(biāo)是具有人類(lèi)皮膚的觸覺(jué) 

　　接觸是人類(lèi)最基本的交流手段之一。觸覺(jué)傳感器技術(shù)的提高，將有利于開(kāi)發(fā)更具易用性的電子產(chǎn)品。但是，從目前所有集成了觸覺(jué)傳感器的系統(tǒng)來(lái)看，大部分還處于傳感器元件開(kāi)發(fā)的初級(jí)階段。 

　　在觸覺(jué)傳感器中，觸摸式傳感器技術(shù)從以前就被當(dāng)作用戶(hù)界面使用，PC的鼠標(biāo)也可說(shuō)是觸覺(jué)傳感器的一種，而筆記本電腦等的觸摸板早在上世紀(jì)90 年代初就已上市。 

　　上述傳感器中采用了各種各樣的技術(shù)(見(jiàn)表2)。例如，用間隔層隔開(kāi)X、Y軸的布線(xiàn)，檢測(cè)X、Y軸上通過(guò)光線(xiàn)的過(guò)濾情況；使用聲波或超聲波檢測(cè)靜電容量的變化等技術(shù)。雖然各類(lèi)技術(shù)有各自的特征及研究課題，但大部分技術(shù)都只是輸出觸摸板上的二維位置信息，而且只能同時(shí)檢測(cè)1 點(diǎn)的信息。 通過(guò)這1 點(diǎn)的位置信息所進(jìn)行的操作，在使用上是難以大幅超越鼠標(biāo)的。  

模仿人類(lèi)感覺(jué)的應(yīng)用在不斷擴(kuò)大 

　　觸覺(jué)傳感器技術(shù)最近已真正開(kāi)始實(shí)用化，而且具有非常高的性能。具體來(lái)說(shuō)，業(yè)界正在進(jìn)行以下三大方面的新技術(shù)開(kāi)發(fā)(見(jiàn)圖5)：大面積化、使用場(chǎng)所及應(yīng)用的多樣化；目標(biāo)是具有人類(lèi)皮膚的感覺(jué)，不僅檢測(cè)位置，還將檢測(cè)力度、壓力、溫度、表面凹凸、有無(wú)摩擦等；利用CMOS 工藝等進(jìn)行集成。  

      大面積方面有像微軟公司的Microsoft Surface那樣的大型液晶屏上市，該屏幕上布滿(mǎn)了觸摸傳感器，不光面積大，而且可同時(shí)檢測(cè)多根手指的接觸，所以可以用兩只手對(duì)屏幕上顯示的相片、圖形等進(jìn)行移動(dòng)、擴(kuò)大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作。 

　　人日常所接觸到的家電將來(lái)也會(huì)向該方面發(fā)展，設(shè)備外表面將布滿(mǎn)觸摸傳感器。 

　　早稻田大學(xué)的研究小組開(kāi)發(fā)的看護(hù)機(jī)器人TWENDYONE 內(nèi)嵌入了多種觸覺(jué)傳感器。胸與腕等處共計(jì)嵌入了164個(gè)8位分布式動(dòng)力傳感器FSR(Force Sensing Register)，頭與手指上安裝的是6軸傳感器，可測(cè)量3軸的力與3軸的力矩。在手掌的硅橡膠人工皮膚下，還安裝了美國(guó)PPS(Pressure Profile Systems)公司的觸覺(jué)傳感膜，可檢測(cè)微小的壓力，并且可以抓住柔軟的物體。每只手掌上有241個(gè)感應(yīng)點(diǎn)。 

　　與人的手指相比，這種密度自然不算高。不過(guò)如果從機(jī)器人的整體性能來(lái)看，目前還無(wú)需更高的密度。以往的觸覺(jué)傳感器僅僅用來(lái)檢測(cè)位置，但實(shí)際上人觸摸機(jī)器人時(shí)，觸摸的方式不同，所包含的情感信息也不同，十分復(fù)雜。早稻田大學(xué)的菅野教授表示，此次的機(jī)器人TWENDYONE 里就安裝了可以控制這類(lèi)復(fù)雜信息的傳感器。

根據(jù)脈搏測(cè)出血管年齡 

　　PPS 公司觸覺(jué)傳感器的布線(xiàn)在X、Y軸上用間隔層隔開(kāi)，并設(shè)置了柔軟的壓膜，通過(guò)該壓膜可以?huà)呙铏z查加壓時(shí)X、Y軸上布線(xiàn)寄生電容的變化。目前的分辨率間距為2.0mm～2.5mm。由于可以隨時(shí)間變化進(jìn)行檢測(cè)，所以可以將壓力變化通過(guò)PC 等進(jìn)行圖形化。 

　　PPS公司的日本代理表示，上述觸覺(jué)傳感膜已經(jīng)被業(yè)界各廠商們廣泛使用。現(xiàn)在的主要應(yīng)用包括：汽車(chē)輪胎的抓地力、假牙的咬合力與舌壓、燃料電池各單元之間的壓力測(cè)量等，最近在美國(guó)已開(kāi)始用于臨場(chǎng)乳癌觸診及血壓測(cè)量。一般來(lái)說(shuō)，乳癌觸診必須要有一定經(jīng)驗(yàn)，但通過(guò)用傳感器將經(jīng)驗(yàn)數(shù)值化之后，就可以將診斷水平標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)做為血壓計(jì)使用時(shí)，傳感器可通過(guò)脈搏波形的細(xì)微變化判斷出血管年齡。 

追求易用性 

　　在觸覺(jué)傳感器的應(yīng)用方面，最近備受關(guān)注的應(yīng)該是手機(jī)。日本鳥(niǎo)取三洋電機(jī)與三洋電機(jī)集團(tuán)領(lǐng)先其他公司一步，率先在手機(jī)上安裝了觸摸傳感器，而且并不是用于液晶屏，而是用在撥號(hào)鍵盤(pán)上。該功能被稱(chēng)為Smooth Touch，只需要用手指觸劃就可以輸入文字或進(jìn)行拍照等操作。最初是在于2006年10月上市的W42SA 手機(jī)上集成了該功能，之后的W54SA、W61SA上也集成了同樣的功能，以帶給用戶(hù)更人性化的操作體驗(yàn)。 

　　三洋電機(jī)在收集了手機(jī)用戶(hù)的反饋意見(jiàn)后發(fā)現(xiàn)，如果是在液晶屏上安裝觸摸傳感器，大多數(shù)用戶(hù)會(huì)不太習(xí)慣用兩只手使用手機(jī)的方式，而且還有人覺(jué)得用手指觸摸很容易弄臟屏幕。因此，該公司就不再讓人適應(yīng)設(shè)備，而是采取了新的方式，讓設(shè)備迎合人的習(xí)慣。Smooth Touch 功能據(jù)說(shuō)可以單手操作。 

不接觸外殼也可以操作 

　　三洋電機(jī)并未公布開(kāi)發(fā)觸摸傳感器的具體公司。但像這種嵌入在設(shè)備外殼上的觸摸傳感器大多是靜電容量型產(chǎn)品，如意法半導(dǎo)體、日本阿爾卑斯電氣等公司開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。靜電容量型產(chǎn)品的特征是可以通過(guò)塑料外殼檢測(cè)到手指。只要人的手指接近，就可檢測(cè)出電場(chǎng)的變化。因此，無(wú)需直接接觸傳感器就可以對(duì)人的手指做出反應(yīng)。 

　　在CEATEC JAPAN 2007展會(huì)上，以日本阿爾卑斯電氣公司為首，多家公司都進(jìn)行了靜電容量型觸摸傳感器的現(xiàn)場(chǎng)演示，演示中手即使離機(jī)殼15cm~20cm，也可以操控游戲。雖然傳感器元件自身也進(jìn)行了一定的完善，但最主要的是利用了錯(cuò)誤校正電路，目前已經(jīng)可以檢測(cè)出100aF左右的微小靜電容量的變化。 

類(lèi)似人類(lèi)感官的高靈敏度 

　　也有企業(yè)在開(kāi)發(fā)類(lèi)似人體感官的傳感器觸覺(jué)結(jié)構(gòu)。CMC技術(shù)開(kāi)發(fā)公司就利用被稱(chēng)為CMC 的線(xiàn)圈狀碳纖維制作了多款觸覺(jué)傳感器(見(jiàn)圖6)。所謂CMC就是將2 根直徑約1μm 的碳素纖維繞合成線(xiàn)圈狀，線(xiàn)圈直徑大約5μm～10μm，長(zhǎng)度約300μm。  

      CMC的形狀與人類(lèi)觸覺(jué)感官之一的觸覺(jué)小體基本相同。該公司將CMC嵌入到硅橡膠里開(kāi)發(fā)出新的觸覺(jué)傳感器，用來(lái)對(duì)橡膠所加載的數(shù)百kHz 的交流電場(chǎng)的波形變化進(jìn)行頻率分析，然后測(cè)得其頻譜模型。CMC技術(shù)開(kāi)發(fā)公司董事長(zhǎng)河邊憲次宣稱(chēng)：“1 個(gè)CMC 實(shí)際上就是一種LCR電路，傳感原理與使用CR電路的靜電容量型產(chǎn)品相近。” 

　　使用CMC 的優(yōu)點(diǎn)就是其體積很小，僅有0.1mm2，但靈敏度非常高。其最小感知壓力為1Pa，最小感知位移為 0.1μm。并且與靜電容量型傳感器一樣，無(wú)需直接接觸，只要把手靠近，就可檢測(cè)到手的接近。而且，當(dāng)刺激不同時(shí)，也會(huì)顯示不同的波形，所以可以分辨刺壓、摩擦的細(xì)微區(qū)別。如果能使傳感器元件表面像人的指紋一樣凹凸不平，那么靈敏度將更高。 

　　還有一種在橡膠里加入碳素粉末的觸覺(jué)傳感器，被稱(chēng)為感壓導(dǎo)電橡膠，根本無(wú)需使用CMC。不過(guò)，感壓導(dǎo)電橡膠的傳感方式不同，是根據(jù)應(yīng)力檢測(cè)電流的變化。因此如果要保證靈敏度，傳感器大小就需要幾mm。 

　　CMC技術(shù)開(kāi)發(fā)公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多款產(chǎn)品，準(zhǔn)備用于各種設(shè)想的應(yīng)用，現(xiàn)正處于樣品出貨階段。例如，可裝在電梯門(mén)或機(jī)械臂上，用來(lái)檢測(cè)人手的接近，以防止夾傷手；或者裝在醫(yī)用導(dǎo)管上，用來(lái)檢測(cè)血管壁與導(dǎo)管的接觸情況。

模仿可讀盲文的手指 

　　另外，科學(xué)家們還在嘗試模仿其他人類(lèi)觸覺(jué)的研究。例如，人指的觸覺(jué)功能不光是接觸與壓力，還包括可以檢測(cè)溫度的溫覺(jué)，而且具有很強(qiáng)的空間分辨能力，可以區(qū)分1mm~2mm 的凹凸。 

　　日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)電氣電子專(zhuān)業(yè)準(zhǔn)教授高尾英邦所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，已實(shí)現(xiàn)了人指的溫覺(jué)及空間分析能力，接下來(lái)的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)具有時(shí)間分析能力的超越人類(lèi)感覺(jué)的觸覺(jué)傳感器。 

　　目前該小組已經(jīng)制作了多個(gè)可感覺(jué)溫度并分辨細(xì)微空間差別的觸覺(jué)圖形傳感器。該傳感器有幾mm2，其中排列了36 個(gè)像素，每個(gè)像素的大小約為150μm2~420μm2。每個(gè)像素里集成了應(yīng)力傳感器與溫度傳感器(見(jiàn)圖7a)。在該傳感器中，傳感器元件呈陣列狀排在感應(yīng)面，當(dāng)元件內(nèi)部形成空氣壓時(shí)，感應(yīng)面會(huì)凸出。設(shè)計(jì)的原理就是通過(guò)凸出的感應(yīng)面壓向接觸面，從而測(cè)量凹凸及溫度等。 

　　應(yīng)力傳感器采用了硅壓阻元件。當(dāng)硅壓阻元件的硅受到應(yīng)力時(shí)，電阻就會(huì)發(fā)生變化。應(yīng)力傳感器就是利用這一原理進(jìn)行檢測(cè)的。溫度傳感器所采用的熱電偶使用了PIN硅。整個(gè)芯片采用Post CMOS 工藝制造。 

　　高尾英邦表示，目前該芯片已具有足夠的分辨率，可以嵌入IC 卡用于指紋識(shí)別、或用于讀取點(diǎn)字。目前每個(gè)像素的小型化目標(biāo)是100μm2，將來(lái)還可以更小。高尾英邦還表示：“MEMS的高度一般只有幾μm，如果可以用來(lái)分辨如此細(xì)微的凹凸，那么現(xiàn)在由于原子力顯微鏡(AFM)過(guò)大而無(wú)法使用的場(chǎng)合，或者無(wú)法測(cè)量非常狹小部位的問(wèn)題，全部都將得以解決。” 

　　另一方面，其時(shí)間分析能力大約為2kHz 左右， 已經(jīng)超過(guò)人指約1kHz 的時(shí)間分析能力(見(jiàn)圖7b)。不過(guò)，該傳感器現(xiàn)在對(duì)于音壓的靈敏度仍然較低，如果能進(jìn)一步提高靈敏度，將來(lái)應(yīng)該可以取代硅麥克風(fēng)。  

      高尾英邦所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組目前正研究的課題是如何解決接觸時(shí)易損壞的問(wèn)題，還有電路板的柔性化問(wèn)題。雖然加厚接觸面的覆蓋膜可以提高耐久性與耐傷性，但會(huì)降低空間分析能力。 

增大面積時(shí)布線(xiàn)大幅增加 

　　目前業(yè)界也正在研究如何增大面積，也就是將上述觸覺(jué)傳感器遍布到電子設(shè)備的外殼、顯示器、墻壁等，以及如何通過(guò)小型化、高集成化來(lái)達(dá)到可與人指媲美的感應(yīng)能力。但是，大面積化與集成化實(shí)際上是有沖突的，這就是安裝傳感器時(shí)布線(xiàn)數(shù)過(guò)多的問(wèn)題。克服這一問(wèn)題雖然有多種方法，但尚未有最終結(jié)論。 

　　日本電氣通信大學(xué)智能機(jī)械專(zhuān)業(yè)教授下條誠(chéng)認(rèn)為，人指觸覺(jué)小體的密度大約是1500 個(gè)/cm3，再加上其他感覺(jué)器官及負(fù)責(zé)感應(yīng)痛覺(jué)的游離神經(jīng)末梢，人手上大約有1.7萬(wàn)根神經(jīng)纖維。這種結(jié)構(gòu)很難通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)。 

　　目前一種方法是采用動(dòng)態(tài)矩陣。動(dòng)態(tài)矩陣與采用X、Y布線(xiàn)連接各傳感器的圖像傳感器一樣，都使用了TFT(薄膜晶體管)。但此方法有一個(gè)缺點(diǎn)，當(dāng)增加傳感器數(shù)量時(shí)，掃描時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，因此會(huì)降低應(yīng)答速度。據(jù)說(shuō)一般機(jī)器人的應(yīng)答速度都大于1ms。 

　　另一種方法就是利用無(wú)線(xiàn)技術(shù)。東京大學(xué)大學(xué)院信息理工系研究科系統(tǒng)信息學(xué)專(zhuān)業(yè)準(zhǔn)教授筱田裕之開(kāi)發(fā)了直接使用RF 信號(hào)的二維通信膜，雖然是有線(xiàn)的，但傳感單元之間無(wú)需布線(xiàn)。不過(guò)，無(wú)線(xiàn)主要是面向廣播或多播通信，所以怎樣區(qū)分每個(gè)傳感單元，以及怎樣避免通信堵塞都是需要解決的課題。 

　　此外還有一種方法是：當(dāng)需要特別高的空間分析能力時(shí)，采用陣列式傳感器；而無(wú)需高空間分析能力時(shí)，就干脆減少傳感器的密度。人體本身其實(shí)也采用了這種方式。日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)的高尾教授也采取了這種方法，但當(dāng)應(yīng)用面積大大超過(guò)人體面積時(shí)，還是有局限性。 

　　電氣通信大學(xué)下條教授的研究小組與日本藤倉(cāng)公司開(kāi)發(fā)了新的傳感器元件，不管在多大的面積上，都只需4根布線(xiàn)，并且不會(huì)影響應(yīng)答性與分辨率。該技術(shù)將電流的面積積分改寫(xiě)成一元積分，然后根據(jù)流過(guò)觸覺(jué)傳感膜周?chē)碾娏鳎?jì)算出人與物體所接觸的位置。其重點(diǎn)在于計(jì)算出電流動(dòng)量重心。下條教授的研究小組正在開(kāi)發(fā)應(yīng)用此技術(shù)的系統(tǒng)，在走廊下全部鋪上觸覺(jué)傳感膜，并根據(jù)走路方式的不同來(lái)識(shí)別人。 

　　但這種方式仍然有缺點(diǎn)，它無(wú)法同時(shí)檢測(cè)多個(gè)接觸點(diǎn)的位置。不過(guò)，如果將布線(xiàn)數(shù)增加到7根，就可以克服此缺點(diǎn)，該技術(shù)據(jù)說(shuō)已經(jīng)成熟，并且成功制作了樣品。

嗅覺(jué) 活用氣味中的信息 

　　人們開(kāi)始漸漸了解生物嗅覺(jué)的真諦及隱藏在各種氣味里的信息。模擬嗅覺(jué)功能的傳感器發(fā)展也與此步調(diào)一致，應(yīng)用于各領(lǐng)域的機(jī)會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。 

　　人類(lèi)并不能有意識(shí)地發(fā)出特定氣味。因此，嗅覺(jué)傳感器應(yīng)用于電子設(shè)備的用戶(hù)界面時(shí)，與集成視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)傳感器時(shí)的方法不同。人類(lèi)利用設(shè)備的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)，可以有意識(shí)地通過(guò)表情、聲音、動(dòng)作來(lái)控制設(shè)備。但是，以氣味為媒介的用戶(hù)界面，卻可用來(lái)將人本身的狀態(tài)通知給設(shè)備。設(shè)備通過(guò)人類(lèi)發(fā)出的氣味得到相應(yīng)信息，從而做出判斷要執(zhí)行什么樣的動(dòng)作。比如，集成嗅覺(jué)傳感器后，設(shè)備就可以診斷疾病。 

兩大應(yīng)用 

　　用傳感器檢測(cè)氣味的方法主要分為兩種(見(jiàn)圖8)。其中一種是氣體傳感器，其采用多個(gè)對(duì)特定氣體濃度可做出反應(yīng)的傳感器，來(lái)檢測(cè)發(fā)出氣味的味源物質(zhì)濃度。另一種方法就是模擬人類(lèi)嗅覺(jué)功能的生物傳感器。前者已經(jīng)開(kāi)始實(shí)用化，后者尚處于研發(fā)階段。  

      由于氣體傳感器在各行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始使用，所以嗅覺(jué)傳感器比較容易進(jìn)入實(shí)用化。再加上其不僅能檢測(cè)氣味，還可以檢測(cè)出特定物質(zhì)，所以應(yīng)用范圍很廣。不過(guò)，在使用氣體傳感器時(shí)，由于產(chǎn)生氣味的物質(zhì)有很多種，所以需要根據(jù)物質(zhì)的種類(lèi)并用多個(gè)傳感器。像咖啡、牛肉、啤酒等近1000種氣味的味源物質(zhì)已被確認(rèn)。實(shí)際上，為了使測(cè)量結(jié)果接近于人類(lèi)的感官評(píng)價(jià)值，在選擇氣體傳感器時(shí)需要一定的經(jīng)驗(yàn)。 

　　此外，還需要使用被稱(chēng)為主成分分析的統(tǒng)計(jì)方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，用于識(shí)別味源物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與氣味的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此類(lèi)應(yīng)用大多是工業(yè)用大規(guī)模分析設(shè)備或者特定應(yīng)用范圍的小型設(shè)備。 

　　另一方面，如果使用生物傳感器，那就可通過(guò)檢測(cè)結(jié)果與氣味的對(duì)應(yīng)關(guān)系再現(xiàn)人的感覺(jué)。不過(guò)，現(xiàn)在的氣體傳感器尚未達(dá)到那種高度逼真的程度，將來(lái)是否能實(shí)現(xiàn)也尚未明確。對(duì)于嗅覺(jué)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，目前仍處于初級(jí)研究階段，還沒(méi)有辦法完全模擬。 

通過(guò)分析技術(shù)提高選擇性 

　　以氣體傳感器為基礎(chǔ)的工業(yè)用嗅覺(jué)傳感器已經(jīng)上市，在實(shí)際應(yīng)用中主要用來(lái)開(kāi)發(fā)食品等。 

　　氣體傳感器技術(shù)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵在于提高靈敏度與選擇性。隨著分析結(jié)果與氣味之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的建立、以及主成分分析等模式識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步，性能方面已經(jīng)大幅增強(qiáng)。 

　　氣體傳感器有半導(dǎo)體式、電氣化學(xué)式、接觸燃燒式等多種類(lèi)型(見(jiàn)圖9)，各類(lèi)傳感器可檢測(cè)的氣體濃度范圍及使用性各不相同。其中嗅覺(jué)傳感器大多采用了半導(dǎo)體氣體傳感器。  

       一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)氣體傳感器的能力弱于生物嗅覺(jué)的靈敏度。但是，雖然其他類(lèi)型的氣體傳感器無(wú)法檢測(cè)低濃度的味源物質(zhì)，但高靈敏度的半導(dǎo)體氣體傳感器可以實(shí)現(xiàn)低濃度檢測(cè)。濃度僅2 0 p p b ～30ppb(10 億分之1)硫化氫氣就能造成工廠惡臭，此種氣體及VOC(有機(jī)揮發(fā)物)等都可以用半導(dǎo)體氣體傳感器進(jìn)行檢測(cè)。 

　　半導(dǎo)體氣體傳感器不光靈敏度高，而且應(yīng)答速度快，穩(wěn)定性也好，而且容易維護(hù)。日產(chǎn)汽車(chē)開(kāi)發(fā)了新的系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)酒精濃度來(lái)防止酒后駕駛。 　 

　　不過(guò)，半導(dǎo)體氣體傳感器的選擇性較差，也就是說(shuō)，在區(qū)別不同種類(lèi)的氣體時(shí)，其檢測(cè)能力較差。但是，最近信息處理技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以彌補(bǔ)這一缺陷。例如通過(guò)比較多個(gè)不同特性的傳感器所輸出的結(jié)果，并進(jìn)行主成分分析等，然后換算成所檢測(cè)氣體的濃度。雖然傳感器元件仍是原來(lái)的產(chǎn)品，但識(shí)別氣體的能力得到了提高。 

　　使用了上述半導(dǎo)體氣體傳感器的嗅覺(jué)傳感器已經(jīng)上市，目前主要用于食品的開(kāi)發(fā)及品質(zhì)管理。在日本，市場(chǎng)占有率最高的是島津制作所的FF-2A(見(jiàn)圖 10)，該裝置可以通過(guò)咖啡的香味來(lái)區(qū)分是摩卡咖啡還是乞力馬扎羅咖啡。FF-2A 內(nèi)安裝了10 個(gè)半導(dǎo)體氣體傳感器，可以檢測(cè)硫化氫類(lèi)、硫黃類(lèi)、氨類(lèi)、胺類(lèi)、有機(jī)酸類(lèi)、醛類(lèi)、酯類(lèi)、芳香族類(lèi)、碳化氫類(lèi)等9種類(lèi)型的氣味，并能將分析結(jié)果用雷達(dá)圖表示出來(lái)。  

區(qū)分疾病的氣味 

　　最近嗅覺(jué)傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用引起人們關(guān)注，其原理就是當(dāng)人類(lèi)生病時(shí)會(huì)發(fā)出各種氣味，不同疾病的氣味不同。 

　　幽門(mén)桿菌是引起胃炎與胃潰瘍的主要原因。目前已有半導(dǎo)體氣體傳感器可以檢測(cè)CO2(二氧化碳)的濃度，從而判斷此病菌是否存在。而且此類(lèi)氣體傳感器已經(jīng)應(yīng)用到設(shè)備上，在日本已認(rèn)定為醫(yī)療設(shè)備。在美國(guó)等國(guó)家也在進(jìn)行各種疾病與氣味關(guān)系的研究，并在討論是否適用于實(shí)際診斷(見(jiàn)表2)。  

       如果小型嗅覺(jué)傳感器真能檢測(cè)呼出氣體中所含有的疾病氣味，那么就可以用手機(jī)進(jìn)行日常的健康診斷。而且，如果有日常健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)，一旦患病時(shí)，也更能對(duì)癥治療。 

發(fā)出氣味的電視 

　　在嗅覺(jué)傳感器應(yīng)用方面，氣味顯示屏也備受人們關(guān)注。通過(guò)此類(lèi)傳感器可將氣味數(shù)值化，并可以進(jìn)行保存、傳輸?shù)取Ｋ捎脕?lái)將多種氣味混合制作出好聞的氣味，或者使電視可以根據(jù)播放的圖像釋放出相應(yīng)的氣味。以大學(xué)為首，已有多家研究機(jī)構(gòu)加入相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)行列。 

　　東京工業(yè)大學(xué)準(zhǔn)教授中本高道所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組就研發(fā)了再現(xiàn)氣味的技術(shù)，可將發(fā)送方嗅覺(jué)傳感器所檢測(cè)到的氣味數(shù)值化，然后在此基礎(chǔ)上對(duì)32種主要?dú)馕冻煞诌M(jìn)行調(diào)配，從而人工再現(xiàn)氣味。雖然味源物質(zhì)少于實(shí)際水果所含的物質(zhì)，但已經(jīng)可以基本仿真原物的氣味。（未完待續(xù)）