AI开始长鼻子了！比人类灵1000倍，能闻出癌症、甚至给牛验孕

人类花了几十年时间教会 AI“看”和“听”，最近，科学家们开始让它学会“闻”了。

一种被称为电子鼻（Electronic Nose，简称 e-nose）的技术正在悄然成熟。它由一组化学传感器组成，能够捕捉空气中的挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs），再由人工智能对这些化学信号进行解析。某些电子鼻设备的检测精度可以达到人类嗅觉的约一千倍。而且更重要的是，它不会像人的鼻子那样，因为长时间暴露而对某种气味产生嗅觉疲劳。

（来源：Wikipedia）

这项技术的应用前景十分广泛，根据现有的实验结果：它可能在你下一次体检时通过分析呼出的气体来筛查肺癌，可能在二手球鞋市场帮鉴定师识别那双 AJ 是真是假，甚至可能在农场里取代兽医的手，通过分析牛的呼吸来判断它是否怀孕……

你或许想不到，这一切的起点和 NASA（美国国家航空航天局）有关。

二十多年前，NASA 艾姆斯研究中心的科学家们开始研发一种手持式呼吸分析设备，最初的目的是监测宇航员在长期太空任务中的健康状况。由于太空中没有急诊室，宇航员如果出现感染或代谢问题，必须依靠非侵入式的检测手段进行早期预警。

这个设备后来被命名为 E-Nose。它内置 64 个由碳纳米管等材料制成的纳米传感器，可以在室温下检测呼气中十几种不同的化学物质，精度达到十亿分之一的浓度级别，重复性误差仅为 0.02%。据 NASA 公开资料显示，E-Nose 在检测与胃溃疡、炎症性疾病等相关的呼吸气味特征方面展现出了潜力。

(来源：NASA)

2020 年，美国卫生与公众服务部向 NASA 拨款 380 万美元，用于将这项技术进一步开发成一种针对新冠病毒的社区级别快速筛查工具。斯坦福医学院参与的一项初步临床测试中，E-Nose 对 63 名受试者的新冠阳性或阴性状态的识别准确率达到了 79%。这个数字放在今天看可能不算惊艳，但考虑到这只是一次呼气测试，不需要抽血、不需要等待、不需要实验室，背后的可能性还是值得期待。

太空电子鼻的现实应用——能筛癌，还能重建嗅觉

NASA 的研究起点是太空健康，那么电子鼻在地球上能做些什么呢？第一个答案是癌症的早期筛查。古希腊的医生曾通过闻病人的呼吸来判断健康状况，这门手艺在现代医学中几乎被遗忘，但科学家们现在试图用 AI 把它带回来。

人体的呼吸、汗液和尿液中都含有特定的挥发性有机物，这些分子“指纹”可以反映身体内部的代谢状态和潜在病变。肺癌细胞、尿路感染的细菌、甚至早期胃肠道疾病都会释放出独特的化学信号。

2024 年 5 月，美国一家癌症中心的研究人员使用一款名为 BIONOTE 的电子鼻设备，对 100 名疑似肺癌的高风险患者进行呼吸分析。结果显示，在 88 名最终确诊为肺癌的患者中，这个设备正确识别了 86 例。负责这项试验的 Giuseppe Rocco 博士评价称，电子鼻在检测早期肺癌方面展现出与 X 光、CT 和 PET 扫描相当的可靠性，而它的优势在于完全无创，患者只需对着采集装置呼吸三分钟即可。

与此同时，麻省理工学院的研究团队在 2024 年也取得了进展。据 Coherent Market Insights 的行业报告，MIT 开发了一种便携式机器学习增强电子鼻系统，在早期肺癌检测中达到了超过 85% 的准确率。

在哈佛医学院，Eric Holbrook 博士正在尝试一个大胆的方向：为那些丧失嗅觉的患者"重建"嗅觉。Holbrook 是麻省眼耳医院鼻科主任，他的团队已在人体实验中取得初步突破——通过在鼻腔内放置电极刺激嗅球神经，五名受试者中有三人成功感知到了气味。长远目标是开发一种类似人工耳蜗的可植入设备：外部传感器检测气味分子，再将信号传递给植入体内的电极阵列，直接刺激大脑产生嗅觉感知。

闻一闻，辨真假球鞋

电子鼻技术的应用场景并不局限于医疗。事实上，它正在悄悄进入一些听起来毫不相关的领域。比如，鉴定假球鞋。在价值超过 60 亿美元的二手球鞋转售市场里，假货问题一直让平台和买家头疼不已。一些大型球鞋转售平台在鉴定流程中，早已包含了“嗅觉测试”这一环节。这是由于真鞋和假鞋因为使用不同的胶水、染料和材料，散发出的气味会有细微差异，一些经验丰富的鉴定师甚至能通过闻一闻来辨别真伪。

但人的鼻子毕竟有局限性，特别是当高仿技术越来越逼真的时候。于是一家叫做 Osmo 的公司介入了。这家由前谷歌 Brain 研究员 Alex Wiltschko 创立的 AI 嗅觉公司，已经筹集了超过 1.3 亿美元的资金。据相关媒体报道，Osmo 曾与一家主要的球鞋转售商进行了试点合作，使用其 AI 传感器系统分析两款耐克鞋型的气味特征。结果显示，Osmo 的技术在区分真货与假货方面达到了超过 95% 的准确率。

这家公司把自己的核心技术称为“嗅觉智能”（Olfactory Intelligence，OI），本质上是一套能够预测分子气味特性的 AI 模型。据公司公开信息，他们在 2024 年实现了所谓的“气味传送”（Scent Teleportation）。首次在没有人工干预的情况下，完整地将一种气味（一颗新鲜切开的夏日李子）数字化、存储、并在另一端重新合成出来。

（来源：Osmo）

这项技术的应用场景之一是香水研发。传统上，调配一款新香水需要资深调香师反复试验，耗时可能长达一年半。而 Osmo 声称，通过其 AI 平台，可以在半小时内根据同一份创意简报生成两款风格迥异但各具特色的香水配方，然后再由人类调香师进行微调。

Wiltschko 本人的履历颇为独特。他从 12 岁开始在折扣店收集香水，后来在哈佛拿到嗅觉神经科学博士学位，再到谷歌 Brain 创立了 Alphabet 的嗅觉研究小组，最后在 2022 年带着谷歌的祝福拆分出来创业。他在接受采访时坦言，人类对嗅觉的科学理解其实非常有限。“我研究到了人类知识的边缘，发现那里几乎是空白的”。这既是挑战，也是机遇。

图 | Alex Wiltschko（来源：The World Economic Forum）

不仅是奢侈品和医疗，电子鼻还被寄予厚望用于环境安全监测。现有的有害气体检测器，比如一氧化碳报警器或氡气监测仪，通常只能针对单一目标。而理想中的 AI 电子鼻应该是一个“万能嗅探器”，能够同时检测苯、霉菌孢子、有毒烟雾等多种危害物质，应用于火灾救援现场、建筑室内空气质量监控，甚至追踪灾难幸存者的皮肤或呼吸特征。

给牛“验孕”竟达 94% 准确率

最后，还有一个听起来有些意外却极具实用价值的应用场景——畜牧业。

美国畜牧业每年贡献了全国约 5% 的温室气体排放，如果能够精确监测牲畜的甲烷释放量，并根据饲料类型调整饮食配方，可能对减排产生实际贡献。电子鼻传感器可以安装在牛舍或饲养场的墙壁、天花板上，甚至可以像耳环一样佩戴在牲畜身上，实时采集呼吸和排放数据。

澳大利亚的 Agscent 公司获得了 NASA 气味技术在农业领域的独家授权，正在专注于牛的怀孕检测。传统的牛妊娠测试通常需要兽医进行侵入性的直肠检查，而 Agscent 的产品仅需分析牛的呼气样本。据公司披露，其实验室测试中已达到 94% 的检测准确率，计划在年内实现商业化。该公司还在攻克牛呼吸道疾病的早期检测，这种疾病每年给美国养牛业造成约 10 亿美元的损失。

当然，让 AI 学会“闻”并非易事。与图像或声音相比，气味数据的采集和标注要困难得多。互联网上积累了海量的图片、音频和文本，但几乎没有一个等价的“气味数据库”。气味还具有高度的主观性，不同人对同一种分子的感知可能截然不同。环境因素，例如湿度、气流、采样方式等都会影响电子鼻的检测结果。

https://www.wsj.com/tech/ai/ai-e-noses-technology-bd22aa5d

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