气味王国在安防领域气味科技的运用
一、基于仿生学的安检机器人：精准嗅探违禁品
技术原理：此款安检机器人模仿了生物嗅觉系统的工作方式。以昆虫触角为例，其表面布满嗅觉感受器，能够捕捉空气中极微量的气味分子，并将化学信号转化为电信号传递给大脑。这款安检机器人搭载了由多个高精度气体传感器组成的阵列，模拟昆虫触角的嗅觉感受器功能。当空气中的气味分子接触到传感器表面时，会引发传感器的物理或化学反应，从而产生可被检测和分析的电信号变化。同时，运用先进的机器学习算法对这些传感器产生的信号进行实时处理和分析。算法经过大量不同气味样本的训练，能够准确识别出各类违禁品散发的特征气味分子组合模式，就如同人类大脑通过学习积累经验来识别不同气味一样。
应用场景与效果：在机场、火车站等交通枢纽的安检环节，该安检机器人发挥着重要作用。在机场，当旅客携带行李通过安检通道时，安检机器人能够在短时间内对行李周围的空气进行采样分析。曾经，在一次实际安检过程中，一名旅客试图携带少量液态违禁药品登机，传统的 X 光安检设备由于行李内物品摆放复杂，未能清晰识别出该药品。而安检机器人凭借敏锐的 “嗅觉”，迅速检测到药品散发在空气中的独特气味分子，发出警报。经人工开箱检查，成功查获该违禁药品，有效避免了潜在的安全风险。据统计，在引入该安检机器人后，某机场对隐藏较深的液态、粉末状违禁品的检出率提高了 30%，大大提升了安检效率和准确性，减少了人工安检的压力和人为疏忽导致的漏检情况。
优势与挑战：优势方面，相比传统安检方式，嗅觉科技的安检机器人具有更高的灵敏度，能够检测到极其微量的违禁品气味，尤其对于那些难以通过 X 光等传统手段识别的有机违禁品效果显著。同时，其检测速度快，能够实现快速、连续的安检操作，提高安检流程的效率。然而，目前该技术也面临一些挑战。不同环境中的温度、湿度、空气质量等因素会对传感器的性能产生影响，导致检测结果的准确性出现波动。此外，对于复杂混合气味的解析和准确识别，仍然是一个需要进一步攻克的技术难题，例如当多种违禁品气味与大量正常物品气味混合在一起时，算法可能出现误判。
二、安防巡检机器狗：增添嗅觉功能拓展任务边界
技术原理：汉王科技计划为安防巡检机器狗集成仿生嗅觉系统。其原理基于对生物嗅觉受体的深入研究和模仿。人类鼻腔顶部约 5 平方厘米的区域中分布着约 400 种嗅觉受体，布满在 500 万 - 1000 万个嗅觉神经元上，一种嗅觉受体可识别多种气味分子，一种气味分子也能激活多种嗅觉受体，基于这种组合编码方式，人类能够识别各类气味。汉王科技通过解析嗅觉受体的作用机制，全自研仿生嗅觉神经细胞，构建嗅觉 AI 计算平台和感官识别算法。仿生嗅觉神经细胞模拟生物嗅觉神经元对气味分子的感知过程，将气味刺激转化为电信号。嗅觉 AI 计算平台则利用强大的计算能力对这些电信号进行快速处理和分析，通过与内置的大量气味数据库进行比对，运用感官识别算法准确判断出当前气味的种类和来源。
应用场景与效果：在工业安防领域，化工园区是一个重要的应用场景。化工园区内存在大量危险化学品，如发生气体泄漏等安全事故，可能造成严重后果。安防巡检机器狗配备仿生嗅觉系统后，能够在日常巡检过程中实时监测空气中的气味变化。在某化工园区的一次模拟演练中，设定一处管道发生轻微氯气泄漏。安防巡检机器狗在正常巡逻至该区域附近时，其仿生嗅觉系统迅速检测到氯气特有的刺激性气味，立即向控制中心发送警报，并准确报告泄漏位置。控制中心根据警报信息，及时启动应急预案，避免了可能发生的大规模泄漏事故。在公共安全领域，例如在大型活动现场，安防巡检机器狗可以利用嗅觉功能识别爆炸物、毒品等危险物品的气味。在一场大型音乐节现场，机器狗在人群中穿梭巡逻，成功识别出一名试图携带少量毒品进入现场的人员，为活动的安全保障提供了有力支持。
优势与挑战：优势在于，安防巡检机器狗原本就具备视觉、听觉等多模态感知能力和灵活的运动能力，增添嗅觉功能后，极大地拓展了其对环境的感知维度，使其能够完成更复杂、更具挑战性的任务。它可以在复杂地形和环境中自主行动，快速到达指定位置进行气味检测，弥补了固定气味检测设备的局限性。但挑战同样不容忽视。仿生嗅觉系统的成本相对较高，从研发仿生嗅觉神经细胞到构建强大的嗅觉 AI 计算平台，都需要大量的资金和技术投入，这在一定程度上限制了其大规模推广应用。而且，目前仿生嗅觉系统对气味的识别准确率虽然较高，但在极端环境下，如高温、高湿度或存在大量干扰气味的场景中，准确率仍有待进一步提高。
三、生物混合无人机：突破环境限制实现精准气味追踪
技术原理：日本信州大学与千叶大学的研究团队将蚕蛾的嗅觉感知机制与无人机技术相结合。在自然界中，蚕蛾依靠触角上的嗅觉感受器感知空气中微量的性信息素，能够在数公里外实现精准定位。其具有独特的行为策略，采用 “飞行 - 暂停” 间歇运动模式，通过对比不同位置的气味浓度梯度来提升定位精度，并且触角结构对气味分子方向具有高度敏感性，实现三维空间中的高效追踪。研究团队开发了 “阶梯式旋转算法”，模拟昆虫在气味追踪中的暂停行为。无人机在执行气味追踪任务时，会进行一个完整的 360° 偏航旋转，中间设置三个间歇，每次持续 4 秒，通过对比不同角度的气味信号差异，精准锁定气味源方向。同时，对传感模块进行升级，集成带有可编程增益放大器（PGA）的模拟数字转换器（ADC）集成电路，使其更适配蚕蛾触角的生物特性，实现生物 - 机械接口的无缝衔接。此外，采用漏斗形外壳减少气流阻力，内部导电涂层降低静电噪声，增强无人机在复杂环境中的稳定性。
应用场景与效果：在灾害救援场景中，如地震后的废墟或火灾现场，往往存在大量烟雾、粉尘，光线昏暗，传统无人机的视觉传感器性能大幅衰减，难以有效开展救援工作。而生物混合无人机凭借其气味追踪能力，可以通过追踪人体散发的呼吸、汗液等挥发性分子的气味，快速定位受困者位置。在一次地震灾害模拟救援中，生物混合无人机在充满烟雾和废墟的环境中，成功在 10 分钟内定位到模拟受困人员，而传统视觉主导的无人机因环境干扰严重，无法准确找到目标。在工业安全领域，可用于实时检测燃气管道泄漏、化工厂危险气体扩散等情况。在某化工厂周边，生物混合无人机检测到一处燃气管道发生轻微泄漏，及时将位置信息反馈给工作人员，避免了可能发生的爆炸事故。
优势与挑战：优势明显，生物混合无人机突破了传统无人机在复杂环境下的应用限制，利用生物嗅觉的高度敏感性和独特行为策略，大大提高了在恶劣环境中对目标气味的检测和追踪能力。与传统的气体检测设备相比，其检测范围更广，能够在较大的空间范围内快速搜索目标气味源。但目前也面临一些问题。蚕蛾触角作为生物传感器，其活性维持时间有限，需要不断优化保存和使用方式来延长其有效工作时间。在复杂气味混合环境下，如何提高对目标气味的选择性识别能力，仍然是一个亟待解决的技术难题，因为实际环境中往往存在多种干扰气味，可能影响无人机对目标气味的准确判断。