編者按：我們通過感官接觸和認(rèn)識世界。我們按照同樣的思路去賦予機(jī)器類似的智能。在這條道路上，我們已經(jīng)在機(jī)器視覺和聽覺上取得了進(jìn)展。但是嗅覺卻依然是個未解之謎。直到 1991 年，科學(xué)家才弄清楚哺乳類動物嗅覺的基本遺傳與生物建構(gòu)塊是什么。但是我們對嗅覺的機(jī)制依然毫無頭緒。在這種情況下如何才能開發(fā)出機(jī)器嗅覺，讓它有朝一日具備像狗一樣的能力呢？《連線》的 SARA HARRISON 用一篇深度報道揭秘了科學(xué)家們的探索，原文標(biāo)題是：THE QUEST TO MAKE A BOT THAT CAN SMELL AS WELL AS A DOG

　　那些狗仍然讓 Andreas Mershin 很生氣。這位希臘俄羅斯裔科學(xué)家在他的 MIT 辦公室說道：“我的意思是，我愛狗。但那些狗讓我很沒面子。”

　　他打開了一個視頻讓我看看他說的是什么意思。視頻里面，一條叫做 Lucy 的黑狗依次走向 6 個用小圍欄隔開的檢測點。每個點那里，在與狗的鼻子持平的高度都放了一杯用蓋子蓋上的人的尿液樣本。Lucy 會去聞每一個樣本，有時候會湊近一點好聞得更仔細(xì)一些。

　　她在進(jìn)行的是某種診斷試驗：在男性尿液里面尋找易揮發(fā)、可辨別的前列腺癌跡象。不過，可辨認(rèn)只是對狗而言。Lucy 找到自己要找的東西時，她就會坐下來搖尾巴，然后得到一份好吃的。

　　擁有造物神跡的人類可以讓行李箱自動行走，可以讓火箭推進(jìn)器重復(fù)利用，但是檢測前列腺癌卻是出了名的難。一般的做法是靠驗血來測定一種叫做前列腺特異性抗原（PSA）的蛋白質(zhì)增加程度。但這種辦法的履歷很慘。

　　第一位發(fā)現(xiàn) PSA 的科學(xué)家形容這種測試“有效性幾乎跟拋硬幣無異。”誤報會導(dǎo)致前列腺穿刺，這是一種撕心裂肺的體驗，需要用一根很大的空心針刺過直腸壁提取前列腺組織樣本。

　　不過，訓(xùn)練得當(dāng)?shù)墓饭穮s能把檢測前列腺癌的準(zhǔn)確率提高到 90% 以上，而且效率也很高，搖搖尾巴即大功告成。在視頻里面，Lucy 只需幾分鐘就完成了對 6 個樣本的檢測。這讓 Mershin 很抓狂。他說：“我們在樓下有價值 1 億美元的設(shè)備。可這條小狗就能擊敗我？這很讓我感到惱火。”

　　Mershin 不是醫(yī)生。他的專業(yè)是物理學(xué)家，是 Label Free Research Group 這所要打破物理、生物、材料科學(xué)以及信息科學(xué)界限的實驗室的負(fù)責(zé)人。Merchin 的辦公室里面，有一副可檢測腦電波的太陽鏡，有航空雜志，泌尿?qū)W、意識機(jī)制以及 Python 編程方面的書籍。

　　他的語速很快，口音介乎希臘和俄羅斯這兩種母語之間，會盡量用最沒有挑釁性的方式改變話題。他拒絕穿配對的襪子，理由是襪子為什么一定要配對？他身材有點矮胖，講到興奮時一頭棕色的卷發(fā)會止不住浪起來。

　　盡管 MIT 這里有各種實驗室。但我之所以來這里是因為 Mershin 的實驗室從事的是全世界最重要的研究之一——開發(fā)人工嗅覺。

　　現(xiàn)如今以不乏會聽會說甚至?xí)ê唵危┧伎嫉臋C(jī)器人了。但會聞的機(jī)器人你找找看。這部分是因為嗅覺一直都被人類這種嚴(yán)重仰仗腦和眼睛的勢利種族低估。Kant 對嗅覺不屑一顧，認(rèn)為它是我們的 5 種感覺中“最可有可無”的。2011 年的一項調(diào)查發(fā)現(xiàn)，16 到 22 歲的人群中 53% 者寧愿放棄嗅覺也不愿放棄手機(jī)或者電腦。

　　但過去幾年的情況日益表明，嗅覺要是搭配上合適的鼻子的話，會成為一種超級力量。數(shù)千年來，人類一直都很珍視狗狗的跟蹤能力；警方與軍隊很久以來就用它來嗅探炸彈、毒品和尸體。但自從 2000 年代初以來，大量發(fā)現(xiàn)極大地拓展了我們對狗狗鼻子能力的認(rèn)知。

　　這要從研究人員意識到犬科動物能嗅探早發(fā)黑色素瘤開始。隨后相繼發(fā)現(xiàn)它們原來也可以對乳腺癌、肺癌、直腸癌以及卵巢癌等做同樣的事。它們能夠從室內(nèi)空氣的流動中聞出現(xiàn)在是什么時候；提前感知糖尿病的發(fā)作時間；并且在沒有視覺提示的情況下檢測出人的情緒狀態(tài)。能做的還不只是狗。受到一位嗅覺靈敏的蘇格蘭護(hù)士的啟發(fā)，科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)帕金森癥患者在癥狀出現(xiàn)幾年前就會散發(fā)出一種獨特的“木頭麝香味”。

　　所有這一切揭示的不僅僅是有關(guān)狗的秘密，而且也是有關(guān)物質(zhì)世界本身的秘密。事件、疾病以及心理狀態(tài)會在空氣中留下訊息——高度靈敏的嗅覺器官系統(tǒng)可以感知到它們，但科學(xué)卻難以辨認(rèn)。似乎嗅覺有時候是檢測識別世界上原本隱匿的事物的最佳辦法。而且檢測同樣事物的次佳辦法往往不是奇貴無比（氣相色譜分析/質(zhì)譜分析）就是巨折磨人（活組織檢查）或者不可能（測心術(shù)）。

　　不幸的是，我們還沒有會聞的機(jī)器人的另一個原因是嗅覺器官仍然是生物學(xué)的一個頑固的未解之謎?？茖W(xué)家仍然在拼湊我們感知所有那些揮發(fā)性化合物的方式，以及我們的大腦是如何對這一信息進(jìn)行分類的的基本要素。杜克大學(xué)的研究人員 Hiroaki Matsunami 說：“未知的東西要多于已知。”

　　不過 Mershin 認(rèn)為，其實我們無需理解哺乳類動物嗅覺是如何產(chǎn)生的才能制造人工鼻子。他打賭反其道而行之可能會有效：要想了解鼻子，我們得先造個出來。在杰出導(dǎo)師 Shuguang Zhang（張曙光）的共同努力下，Mershin 已經(jīng)造出了一個可以與狗狗——他的喘氣敵手一爭高下的設(shè)備。

　　1914 年 5 月，貝爾給華盛頓特區(qū)的一些高中生進(jìn)行了一次畢業(yè)演講。在演講當(dāng)中他花了很多時間建議年輕的受眾應(yīng)該去探究的領(lǐng)域。其中就包括氣味。他說：“你們試過測氣味嗎？這是散發(fā)著空氣中的重要物質(zhì)嗎？還是某種類似聲音的振動？如果是揮發(fā)物，可能應(yīng)該能夠稱量；如果是振動，應(yīng)該可以用鏡子反射。如果你有志于建立新的科學(xué)，那就測測氣味吧。”

　　現(xiàn)在 1 個多世紀(jì)已經(jīng)過去了，還沒有人能測出氣味，甚至對氣味是振動還是微粒間的化學(xué)交互作用大家還有不同意見。實際上，直到 1991 年科學(xué)家才弄清楚哺乳類動物嗅覺的基本遺傳與生物建構(gòu)塊是什么。

　　那一年，生物學(xué)家 Linda Buck 和 Richard Axel 發(fā)表了一份奠基性論文；他們發(fā)現(xiàn)了老鼠約 1000 個嗅覺器官受體的 1000 個基因，并且證明了這些受體是哺乳類動物嗅覺的開始。這些受體位于嗅上皮，鼻腔頂部（正好跟腦殼相連的地方）一層薄薄的組織。我們深呼吸的時候，就把揮發(fā)性分子吸入到鼻腔跟那些受體接觸，后者再引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，最后給我們的大腦發(fā)送消息。

　　至于這些交互的準(zhǔn)確性質(zhì)，Buck 和 Axel 也只能推理。他們假設(shè)我們鼻子內(nèi)的嗅覺受體與空氣中的分子之間存在某種鎖—鑰關(guān)系。但是他們發(fā)現(xiàn)的受體數(shù)量馬上引出了一個數(shù)學(xué)問題。人類約有 400 種受體（遠(yuǎn)少于老鼠），但我們卻能聞出約 10000 種氣味。于是 Buck 和 Axel 推斷嗅覺是組合型的。

　　其研究表明，每一種受體均就緒對獨特的幾種分子做出反應(yīng)，當(dāng)許多受體同時開動時，我們的鼻子就能感知獨特的氣味。彼時任塔夫斯大學(xué)研究人員的 John Kauer 形容這就好比鋼琴演奏。他說：“鋼琴只有 88 個鍵，如果一種氣味只能使用一個鍵的話，你只能檢測出 88 種氣味。”但如果氣味更像和弦的話，數(shù)學(xué)上就說得過去了。

　　Buck 和 Axel 的發(fā)現(xiàn)獲得了 2004 年的諾貝爾獎。在他們的啟發(fā)下，Merchin 等科學(xué)家設(shè)想氣味是分子的簡單列表。按照這種思路，如果想要弄清楚蒜頭的氣味，答案應(yīng)該要從化學(xué)成分中尋找。2000 年代中期時，Merchin 相信“在這些分子里面寫入了大蒜的氣味。”

　　Buck 和 Axel 的重大發(fā)現(xiàn)發(fā)表后不久，就有人開始做人工鼻子里。DARPA 希望用工具來取代狗來排雷，于是 1997 年，該機(jī)構(gòu)投入了 2500 萬美元來支持一個叫做狗之鼻（Dog’s Nose）的計劃。他們組織科學(xué)家造出了一對嗅探機(jī)器，然后送到密蘇里的一個埋了各種各樣去掉引信的地雷的地方進(jìn)行測試。

　　Kauer 造了一個鞋盒大小的灰色設(shè)備，最后他給它取名為 ScenTrak。他的設(shè)備里面裝的并不是受體，里面塞滿了高分子聚合物，這些東西會對 DNT 做出反應(yīng)，而后者是大部分地雷的常見分子。ScenTrak 遇到爆炸物時，DNT 會觸動聚合物做出反應(yīng)，然后 ScenTrak 就會發(fā)出“地雷！”的警報。

　　至少這是理想情況下的工作方式。在無氣味的實驗室內(nèi)釋放 DNT 的話，ScenTrak 可以跟蹤附近 DNT 的蹤跡。但是在野外時，機(jī)器就困惑了。聚合物是對 DNT 做出了反應(yīng)，但是對天氣、植物，或者特定類型的土壤也有反應(yīng)。

　　參加比賽的還有其他設(shè)備，F(xiàn)ido 和 Cyranose 是其中之一。它們都用了對特定化合物敏感的聚合物。但是功能性均比較弱。（Fido 目前用于軍事檢查站掃描近距離范圍內(nèi)的爆炸物）但其實這些設(shè)備的嗅覺跟一氧化碳傳感器的能力也差不多。在氣味豐富的環(huán)境下，這些玩意兒就不管用了——因為有些非爆炸物也會散發(fā)相同的氣味。

　　這部分是因為這些設(shè)備的建造理論太過簡化。獅子今日，大多數(shù)科學(xué)家均認(rèn)為嗅覺結(jié)合的鎖—鑰理論太簡單了。某些情況下，形態(tài)非常相似的分子也會有完全不同的氣味；而有時候形態(tài)非常不同的化合物聞起來卻很像。

　　換句話說，分子的形態(tài)跟氣味并不能等同。相反，很多受體跟很多不同的分子是綁定的，反之亦然。但每一種受體跟每一種分子都存在著部分科學(xué)家所謂的獨特的“姻親關(guān)系”?，F(xiàn)在的理論認(rèn)為，正是這種特殊的姻親關(guān)系，加上嗅覺反應(yīng)的組合性，才造就了獨特的氣味。鋼琴的演奏不僅只有 88 個鍵盤，還有踏板和力度來形成和弦。同樣地，嗅覺的理論也變得更加復(fù)雜。

　　狗不是完美的嗅探者。它們會沮喪和疲憊。它們會看主人臉色。當(dāng)然，狗也不能規(guī)模化。

　　Mershin 和 Zhang 是奇怪又和諧的一對。同樣的路線 Mershin 很少會走第二次。從 MIT 餐廳去他辦公室的路上我們迷路了，他承認(rèn)自己經(jīng)常迷失——“想法上也會，跟走路一樣。”用他的話來說，他是誦讀困難者，聯(lián)覺者，粉紅/灰色色盲，臉盲，還有注意缺失紊亂癥。有時候他會忘記自己的地址。他還有沒完沒了止不住的好奇心。他說：“我這輩子不適合只做一件事。但我確實很喜歡跟專注于把一件事情做得非常好的人共事。”

　　Zhang 就是這樣的人。Mershin 焦躁不安，分子結(jié)構(gòu)實驗室的負(fù)責(zé)人 Zhang 卻小心謹(jǐn)慎。他相信必須深入到一個項目一個問題中去。他說：“科學(xué)要想成功必須專注。不能被其他事情分心。”2003 年，Zhang 正在尋找一個新項目，這次他把目光對準(zhǔn)了嗅覺受體。盡管有了 Buck 和 Axel 的開創(chuàng)性工作，但還沒有人見過受體是什么樣的——不管是用顯微鏡還是X射線結(jié)晶學(xué)。

　　部分是因為嗅覺是太大的謎團(tuán)了。我們無法在最基本的層面直接觀察那些微小的受體在做什么。它們是不是跟分子綁定在一起的？怎么綁？像濕度或者其他化合物等因素會不會影響到這些受體的響應(yīng)？沒人知道。Zhang 希望改變這一點——他想設(shè)法看到一個嗅覺受體。他說：“我們決定對一個神秘的東西進(jìn)行攻關(guān)，哪怕要花費(fèi)數(shù)年的時間。”

　　Zhang 發(fā)現(xiàn)：嗅覺受體是膜蛋白，屬于復(fù)雜的異形小構(gòu)造。每個受體形狀就像反復(fù)纏繞薄膜的一條長串，將細(xì)胞與外部世界隔離。如果那種復(fù)雜的纏繞模式被打斷或者改變的話，受體就不會工作。如果受體歪了或者倒置呢？也不行。

　　受體約有一半位于細(xì)胞外，做好了跟分子交互的準(zhǔn)備。然后有個中截面位于細(xì)胞膜里面，剩余部分在細(xì)胞內(nèi)。當(dāng)受體外面部分綁定一個分子時，它就會改變形態(tài)，細(xì)胞就會向大腦發(fā)送信息。雖然受體的頭、尾（分別位于細(xì)胞外部和內(nèi)部）都很愛水，但中間部分就像包裹它的細(xì)胞膜一樣，都很怕水。這意味著當(dāng)你把受體從細(xì)胞中取出放到水里面的話，它們往往會縮成一團(tuán)而不是溶解，這樣就不可能分離出來進(jìn)行分析了。

　　從 2003 年開始 Zhang 就在進(jìn)行攻關(guān)。他一度用了 8 年的時間就為了弄出可溶于水的受體。（最后成功了）但即便如此，他還是沒有見過受體。其他人也都沒有。這玩意兒太小了。Zhang 把氣味分子與受體的基本交互說成是“徹底的黑箱”。

　　盡管如此，Zhang 的工作被證明還是很有用的。2007 年，DARPA 推出了第二個嗅覺項目，RealNose。伊拉克和阿富汗戰(zhàn)爭賦予了 RealNose 新的使命和緊迫性。這次這些機(jī)械鼻子的任務(wù)不是找地雷，而是要識別 IED（簡易爆炸裝置）?？茖W(xué)家這次不能用聚合物或者其他合成設(shè)備來模仿受體所為了。他們得用哺乳類動物嗅覺受體作為傳感器。

　　在爭取 DARPA 資金方面 Zhang 相對于其他科學(xué)家有一大優(yōu)勢。他的實驗室是全球僅有的有經(jīng)驗通過胚胎細(xì)胞培植嗅覺受體然后對其進(jìn)行處理的實驗室之一。但是 Mershin 對 DARPA 的要求并不感冒，試圖說服對方這是個糟糕想法。

　　如果使用合成的東西更容易的話，為什么要用實際的生物結(jié)構(gòu)呢？而且合成的東西還不會因為傾斜或者倒置而失效。他是這么想的：“當(dāng)然，我們想像鳥兒一樣飛翔，但我們的引擎可不是用羽毛造出來的。我們想要的是比鳥兒更好的東西！”Mershin 只想要一個能告訴你屋內(nèi)有什么樣的分子的傳感器。但他也不想失去那筆錢，所以他讓步了。

　　Mershin 和 Zhang 決定在實驗室培植一批嗅覺受體，然后基本上算是把它們粘到電路板上。他們發(fā)現(xiàn)，如果涂上足夠的受體，最終就能讓它們朝向正確的方向。然后他們再將電路板連接上電流。當(dāng)受體跟揮發(fā)性化合物交互時，它們就會改變形狀，就像在正常的鼻子里面所做那樣。不過隨后消息并不是發(fā)往大腦，而是以電流躍變的方式記錄下來。

　　在一個早春的晴天，Mershin 帶我去到他的實驗室然后從一堆紙箱里面翻出了一個舊的人工鼻子原型。他用一只手拿出了一個有兩個隨意用環(huán)氧樹脂固定的金屬噴嘴的塑料瓶。另一只手里是一塊薄薄的晃蕩著一些電線的塑料芯片。“這就是第一個鼻子了，”他說。

　　這是個失敗。受體似乎有用，但瓶子太大了；那味道久久不散導(dǎo)致科學(xué)家無法獲得清晰讀數(shù)。于是她們制作了更多的原型，用不同的辦法把合適的氣味氣流引導(dǎo)到芯片，然后是不同數(shù)量的芯片。

　　折騰了一堆原型之后，Mershin 終于做出了叫做 Nano-Nose 的設(shè)備，這是 Zhang 交給 DARPA 的成品。整個裝置大概有特大號烤盤那么大，上面還寫有“美國聯(lián)邦政府資產(chǎn)”的字樣。Mershin 說：“因為是給 DARPA 準(zhǔn)備的，我們必須讓它看起來防彈。”

　　做完原型之后，他們開始一種使用了由 8 塊電路板組成的陣列的設(shè)計，這些電路板每一塊都是信用卡大小。在防彈金屬內(nèi)部，每一塊板都放在密封艙內(nèi)，能夠各自接收自己的氣味，并用自己的電子模式予以響應(yīng)。他們做了一個氣泵來模仿深吸，將氣味送入盒子內(nèi)，并引導(dǎo)到每塊板上。

　　Zhang 和 Mershin 開動馬力用了 15 個月的時間來開發(fā)這臺設(shè)備，但仍然無法在 DARPA 的截止日期前完工。展示作品的時間快到了，Mershin 就找了一輛大貨車把幾乎整個幾乎整個實驗室的東西——軟管、導(dǎo)管、鳴管、300 磅的光學(xué)臺、價值 70000 美元的頻率發(fā)生器等統(tǒng)統(tǒng)裝上，然后開車從波士頓去到巴爾的摩。他甚至還帶來了他們自己的氣味傳送系統(tǒng)：一臺叫做 StinkJet 的改造過的噴墨打印機(jī)。

　　Mershin 原先的設(shè)想是在 Nano-Nose 底下放一臺超級計算機(jī)，用來挖掘記錄了成千上萬種化合物的數(shù)據(jù)庫然后打印那些鼻子注冊過的。但他們從來都沒有抽得出時間去做這部分工作。相反，他們后來求助于 Mershin 認(rèn)為屬于破解的手段。

　　DARPA 給了他們一份清單，上面列出了要求他們的機(jī)器識別的氣味。于是，Mershin 和 Zhang 首先把這些氣味送給 Nano—Nose，然后記錄器響應(yīng)；其想法是在筆記本和模式識別算法的幫助下，訓(xùn)練鼻子去聞應(yīng)該要聞的東西。然后，在實際測試中，他們會對每一種神秘的氣味進(jìn)行 8 次取樣——每次通過 8 個密封艙中的一個——然后再用不同的電流去試，這相當(dāng)于一個淘汰的過程，旨在幫助模式和識別算法篩選掉誤報。雖然沒有數(shù)據(jù)挖掘超級計算機(jī)那么復(fù)雜，但他們認(rèn)為這也許管用。

　　DARPA 的測試是高度受控的。進(jìn)行試驗的時候，Mershin 和他的團(tuán)隊均不能進(jìn)入現(xiàn)場，甚至 Mershin 上廁所都有保安跟著。午飯期間，團(tuán)隊得爭分奪秒把人工鼻子帶回酒店客房，一邊訂餐一邊往上焊東西來不斷改進(jìn)這臺設(shè)備。

　　他們的瘋狂沖刺終于有了回報。Nano-Nose 通過了嗅探測試，能夠在實驗室感知隔離的氣味。在受控環(huán)境下它甚至擊敗了狗，能嗅探出連狗都檢測不到的低濃度氣味。對他來說，這個項目揭示了嗅覺的一個重要的基本點：我們的鼻子不是分析工具。鼻子不會分析氣味的構(gòu)成。Mershin 說：“攜帶信息的是分子。”但光靠分子你是無法理解我們的感覺如何的。“我們以為當(dāng)你聞東西的時候，就會冒出一個分子和濃度清單。不是這樣的。”

　　結(jié)果表明，Mershin 的破解之道其實鏡像了哺乳類動物對嗅覺的處理。我們的大腦對于吸入的化合物并不是給予相同的計算注意力，而是基于對我們的重要性來對信息進(jìn)行分層次梳理。如果不是我們感興趣的氣味的話，我們會把它屏蔽掉。我們的受體仍然會感知化合物，但我們的大腦已經(jīng)不關(guān)注了。相反，如果我們把注意力集中在受體發(fā)送給我們的信號上，我們就能從混有番茄、胡椒以及大蒜的意大利面醬里面辨認(rèn)出小蔥或者茴香的氣味。

　　Mershin 意識到，理解嗅覺并把它當(dāng)作工具使用并不需要一份分子清單。他需要知道的是哪些東西聞起來類似，而不是它的構(gòu)成，這兩個是完全不同的。他說：“這是我整個科研生涯當(dāng)中學(xué)到的最大經(jīng)驗。我們以為自己知道了鼻子的工作機(jī)制了。但其實我們什么都不知道。”

　　9 月，一個溫暖的周日，我跟一條名為 Kato 的德國牧羊犬一起找骨頭，訓(xùn)練它的目的是搜尋人體殘骸。Kato 和它的主人 Peggy Thompson 是執(zhí)法機(jī)構(gòu)的志愿者，幫助尋找失蹤的背包客，野火傷亡者以及犯罪受害者。

　　我們把 Kato 關(guān)注房子里面，然后在 Thompson 的后院安排了一個犯罪現(xiàn)場。她從車庫取出來一袋骨頭，一罐牙齒，以及一些染血紗布。她取出一塊干燥的人體皮膚放到我鼻子底下。聞起來有一股難以名狀但令人不安的霉味。我們在院子各處散布料一些骨頭、牙齒。她把那塊皮膚藏進(jìn)了一顆小樹的結(jié)節(jié)里面。

　　然后我們把 Kato 放出來，Thompson 一聲令下，之前還很友好的小狗突然就忙活起來。它不斷地反復(fù)迂回，鼻子貼著地面仔細(xì)的移動著。5 分鐘之內(nèi)它就找到了那塊皮。剩下的骨頭和牙齒頂多再用了 10 分鐘。

　　雖然 Nano-Nose 令人印象深刻，但是它得用滿滿一箱的電路板才能復(fù)制 Kato 所做的一切。Paul Waggoner 是奧本大學(xué)研究犬類嗅覺的科學(xué)家，據(jù)他估計，我們距離創(chuàng)造出可與自然嗅覺能力匹敵的機(jī)器還有“幾十年”的差距。Waggoner 自己也有獲得專利的搜尋犬訓(xùn)練計劃，他認(rèn)為機(jī)器在嗅探過程中很早就出問題了：“一切都要從采樣開始。”基本上機(jī)器嗅得不是很好。狗每秒鐘可以呼吸 5 次，通過不同的通道吸入和呼出氣流。這種呼吸法會制造壓差——一種氣味的渦流——這樣每次呼吸都能帶來豐富的新的樣本進(jìn)入鼻子。雖然 Nano-Nose 能夠把焦點集中在目標(biāo)氣味上，但狗在如此遠(yuǎn)距離的范圍做到這一點的能力令人震驚。

　　當(dāng) Kato 終于捕捉到那種氣味后，它的大腦會發(fā)生什么呢？呃，這個沒人知道。從嗅覺受體到大腦處理和理解信息，這條處理鏈條越往上，“就變得越黑暗，” Waggoner 說。

　　盡管如此，狗狗本身并不是完美的嗅探器。第二次拜訪 Thompson 時，我看到了一條 3 歲的瑪倫牧羊犬 Annie，它在追蹤一塊骨頭時遇到了附近的幾只豬，然后就徹底失去注意力了。Thompson 解釋說：“當(dāng)狗對東西不習(xí)慣時，情況就很困難了。”狗會沮喪，會疲憊。要看主人臉色。當(dāng)然，狗也沒法規(guī)?；?。訓(xùn)練有素的搜爆犬和嗅病犬不僅短缺而且昂貴，最貴要 25000 美元。美國的安保部門已經(jīng)不夠用了。醫(yī)療檢測犬甚至更加棘手：不僅數(shù)量少，而且很難部署到醫(yī)療環(huán)境里面。盡管狗子檢測早期癌癥方面的精確度很高，但并未獲得廣泛采用。

　　回到 MIT 實驗室后，Mershin 從架上取出一個藍(lán)色盒子。里面裝滿了綠、藍(lán)、黑等各色電線。把幾根線插好之后，我看到了一塊信用卡形狀的白色塑料。這就是他們新的 Nano-Nose，跟送到 DARPA 測試的盒子相比尺寸已經(jīng)縮小了很多，并且改進(jìn)過了。（那些電線都是外設(shè)，是用來把氣味和電流注入鼻子的）

　　過去幾年 Zhang 一直在折騰他們用于 Nano-Nose 的嗅覺受體。最重要的是，他不再通過胚胎細(xì)胞去配置受體了，而是構(gòu)思出了一種以生物惰性形式培養(yǎng)的辦法?，F(xiàn)在一切都是在試管內(nèi)進(jìn)行了。受體仍然難以處理——Mershin 說這是目前設(shè)備最困難的部分——但是現(xiàn)在受體更穩(wěn)定了。Mershin 和 Zhang 還在逐步縮小 Nano-Nose 電路板的尺寸。這意味著整個裝置現(xiàn)在可以附著在生物反應(yīng)器的端口上去嗅探內(nèi)部發(fā)生了什么。它可以進(jìn)入工廠去聞產(chǎn)品的質(zhì)控，或者放到谷倉內(nèi)去聞有沒有發(fā)生變質(zhì)。但是 Mershin 和 Zhang 說目前他們還沒有興趣把研究變成生意。

　　目前為止，只有一家公司有膽量設(shè)計使用嗅覺受體的商業(yè)技術(shù)（跟 Nano-Nose 非常類似），這是硅谷的一家小初創(chuàng)企業(yè)，名字叫做 Aromyx。從某種程度來說，其野心甚至比 Mershin 和 Zhang 還要大。Nano-Nose 只用了 20 種受體，并且要基于目的定制每一種鼻子。但 Aromyx 卻想把 400 種人類嗅覺受體全都集成近 EssenceChip 里面，這是一塊 3x5 英寸的塑料板，上面布滿了小坑來放置受體。EssenceChip 暴露于氣味中時，受體就會工作，而芯片會記錄其激活模式。可口可樂或者香奈兒 5 號香水的氣味是怎樣的？答案仍然不是分子列表。Aromyx 創(chuàng)始人 Chris Hanson 說：“是受體的響應(yīng)模式。”迄今為止，Aromyx 只能穩(wěn)定少數(shù)受體。其想法是隨著受體種類增加，他們的設(shè)備的數(shù)字嗅覺也會越來越好越來越精細(xì)。

　　Hanson 說：“這是窺探人類感覺體驗的一扇窗口。”就算是，那也是很脆弱的一扇窗口。Aromyx 還在用酵母細(xì)胞來配置受體，而且還在為弄出可演示的基本產(chǎn)品而努力。一次公司在搬家過程中一些細(xì)胞株還被破壞了。

　　至于 Mershin，他對 Nano-Nose 的樣子之凌亂感到尷尬，但當(dāng)我們說道它的潛在應(yīng)用時，它開始眉飛色舞。目前，Nano-Nose 還只是個檢測器。它不能解析所收集的數(shù)據(jù)。但 Mershin 和 Zhang 希望它變得聰明起來——就像狗一樣。而 Mershin 的辦法是，跟自己的競爭對手——那些狗狗合作。Florin 和 Lucy 均屬于英國的一個叫做 Medical Detection Dogs 的團(tuán)體，后者曾經(jīng)訓(xùn)練了很多的動物來嗅探癌癥。

　　目前，Mershin 和 Zhang 正在用一堆數(shù)據(jù)來訓(xùn)練一套 AI 系統(tǒng)，其中一些是 Medical Detection Dogs 所收集的有關(guān)動物對特定尿液樣本的響應(yīng)數(shù)據(jù)——包括動物是否對癌癥發(fā)出警告，喘息的時長等，有的則是 Mershin 和 Zhang 用氣相色譜儀/質(zhì)譜儀分析同樣尿液樣本的結(jié)果。Mershin 說這些數(shù)據(jù)流可幫助他們挑選需要的受體植入 Nano-Nose。但主要的事件還是用 Nano-Nose 跑同樣一批尿液樣本并且收集其響應(yīng)數(shù)據(jù)。之后他會挖掘 3 套數(shù)據(jù)集來尋找關(guān)聯(lián)。Mershin 已經(jīng)把尿液冷藏進(jìn)實驗室里，一切都已準(zhǔn)備就緒。

　　其想法是最終去跑類似圖靈測試的東西，不過對象是嗅覺——去模仿狗的結(jié)果，知道沒人能分辨出 Nano-Nose 的反應(yīng)與犬類的區(qū)別。如果一切順利的話，Nano-Nose 將不僅僅只是感知設(shè)備，還會變成真正的診斷工具。數(shù)據(jù)庫越豐富，鼻子就會越好。

　　Mershin 希望 Nano-Nose 最終能夠集成進(jìn)手機(jī)里面。他想象利用這種設(shè)備來隨時監(jiān)測機(jī)主的身體情況——收集佩戴者健康的縱向數(shù)據(jù)。最終，鼻子將可以向你發(fā)出告警，告訴你大腿長了一顆痣了，或者血糖掉得太厲害了，或者你開始散發(fā)出帕金森癥的那種木頭麝香的氣味了。Nano-Nose 將伴隨你身邊，以任何醫(yī)生都做不到的方式密切關(guān)注你的身體。只要是狗能聞到的，它都能檢測到

　　很強(qiáng)大的想法，但是也有點令人不安。你對自己的氣味數(shù)據(jù)有多大的控制？如果你的手機(jī)能嗅探你的話，其他設(shè)備會不會做同樣的事？如果數(shù)字嗅覺傳感器小到可以裝進(jìn)你兜里的話，也許就會變得無所不在，就像之前的攝影機(jī)一樣。如果你的疾病和心理狀態(tài)突然之間在空氣中留下了清晰的報告的話，你身邊的人和醫(yī)生無疑會對解讀它感到好奇（比如你的保險公司）。

　　Dolby Labs 的首席科學(xué)家 Poppy Crum 對 Nano-Nose 這樣的技術(shù)表示支持，她相信這可以普及早期疾病診斷。但她也把人工鼻子視為一系列崛起中的技術(shù)之一：那些利用傳感器和數(shù)據(jù)去弄清楚隱藏的內(nèi)部狀態(tài)的技術(shù)。這些技術(shù)據(jù)您需要新的透明性以及數(shù)據(jù)的用戶控制標(biāo)準(zhǔn)——這些標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)該由公司或者研究人員來制訂。Crum 說：“我認(rèn)為這些東西應(yīng)該立法。”

　　至于 Mershin，他倒不擔(dān)心嗅覺監(jiān)控這種情況的出現(xiàn)。相反，作為一個興奮過頭的人，他害怕一個設(shè)備會發(fā)送氣味的世界。“我對所有那些可以聞你的技術(shù)都表示支持。但是我對那些希望你去聞它們的技術(shù)表示警惕。不要手機(jī)讓開始把氣味放進(jìn)你腦子里。糟糕的想法。”換句話說，讓你的手機(jī)成為你的狗；而你才是處理的那個人。

　　原文鏈接：https://www.wired.com/story/quest-to-make-robot-smell-cancer-dog/

　　譯者：boxi

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的深度长文：如何让机器人拥有像狗一样的嗅觉？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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