仿生嗅觉感知系统气体识别和浓度估计模型

常用气体检测模型需要使用气体传感器阵列响应信号的稳态值对气体进行种类识别和浓度估计,而在实际环境中,气体一般处于动态变化的状态,气体传感器阵列响应信号难以达到稳态值或长时间维持稳定状态.针对上述问题,提出一种由动态小波残差卷积神经网络(Dynamic wavelet residual convolutional neural network, DWRCNN)子模型和权重信号自注意力(Weighted signal self-attention, WSSA)子模型组成的气体检测模型.该模型可以直接使用气体传感器阵列的原始动态响应信号对动态变化的气体进行成分识别,并进一步对每种成分气体的浓度在线估计.通过搭建的仿生嗅觉感知系统对模型的性能进行评估,实验结果表明,与常用气体识别模型相比, DWRCNN能获得接近100%气体识别准确率,且在线训练时间短,收敛速度快;与常用气体浓度估计模型相比, WSSA浓度估计模型能够大幅提高气体浓度估计精度,并能同时对不同气体都保持较高气体浓度估计精度,解决了动态环境中仿生嗅觉感知系统需要针对不同气体选择不同最优气体浓度估计模型问题.

中国科学家揭示了嗅觉感知的分子机制

大多数动物(包括人类)均拥有一套主嗅觉系统来识别挥发性的气味分子。大量的嗅觉受体通过“组合编码”的气味识别方式,帮助动物识别数以万亿计的气味分子。嗅觉受体可以分为三个家族,第I类是气味受体(OR)家族,第II类是痕量胺相关受体(TAAR)家族,OR和TAAR都属于A类G蛋白偶联受体(GPCR)家族,第III类是非GPCR嗅觉受体。嗅觉受体家族被发现后,近三十年的研究对嗅觉受体的表达模式、信号通路和介导的神经元投射谱等均有了深入的理解,然而对嗅觉受体和气味分子的匹配关系还知之甚少。

基于模糊推理的人工鱼嗅觉感知研究

"人工鱼"利用人工生命方法实现计算机动画。为了丰富人工鱼的感知能力,提高对自然鱼的逼真动画效果,文章在分析"自然鱼"嗅觉机制、参考"机器鱼"感知系统的基础上,研究并实现了人工鱼的虚拟嗅觉感知。首先在人工鱼体系结构基础上建立了人工鱼嗅觉感知模型,并仿照生物嗅觉形成机理设计了三层嗅觉识别模型,采用基于主成分分析的模糊推理方法实现了嗅觉感知。经动画仿真,得到满意结果。嗅觉感知的研究和实现为人工鱼多感知融合系统提供了基础,也可为机器鱼嗅觉研究提供软件仿真平台。

浅析特色小镇中的嗅觉感知体验设计

一、国内特色小镇设计存在的问题我国特色小镇设计主要面临以下问题。其一,现阶段国内很多特色小镇设计趋同化和同质化,特色小镇的嗅觉体验设计特色不明显;其二,特色小镇在嗅觉体验式设计上没有充分考虑参观者的生理需求和心理感受,细节设计不明显,无法体现对人的关怀;其三,缺乏生态可持续发展观念,特色小镇设计没有与地域性的特色相结合,导致参观者在小镇环境上的嗅觉体验感受越来越差。二、嗅觉体验设计的重要性在人的所有感官中,嗅觉体验往往借助想象和回忆产生。

刘冲研究员团队揭示嗅觉感知可以调控胶质瘤发生

2022年5月11日,浙江大学医学院刘冲研究员团队在《自然》(Nature)发表了题为“Olfactory sensory experience regulates gliomagenesis via neuronal IGF1”的研究论文(DOI:10.1038/s41586-022-04719-9),明确嗅觉感知可以通过激活对应功能神经环路的活动直接调控恶性胶质瘤发生。研究人员构建并系统分析了一个模拟成人少突胶质前体细胞(OPC)作为细胞起源的原发胶质瘤小鼠遗传学模型。

《酸果蔓上校》中的触觉与嗅觉感知词汇

语言世界图景作为一种学术隐喻,在俄罗斯语义学领域中占据着重要的学术地位。人类对周围世界的认知首先是通过感官感知即视觉、听觉、触觉、嗅觉与味觉获取的,因此人类对世界的认知整体上是相似的,这为我们研究不同文化背景下的语言携带者的语言世界图景创造了可比性的条件。而感知词汇在任何一种语言中都对语言世界图景的形成起着重要作用。以俄罗斯儿童文学作家尤里·科瓦利的短篇小说《酸果蔓上校》为研究语料,分析该文学作品中的触觉与嗅觉感知词汇在语义学领域的功能与语义,从科瓦里笔下塑造的艺术形象与独特的写作手法中窥探到其与众不同的带有斯拉夫民族特色的语言世界图景。

基于忆阻的嗅觉感知及跨模态联想电路设计与实现

嗅觉研究在环境监测、灾害预警等领域的重要性凸显,联想记忆是生物大脑处理信息的机制,探索嗅觉感知及其跨模态联想对于扩展类脑感知在机器人技术上的应用和发展十分必要.本文基于忆阻设计了嗅觉感知与跨模态联想电路,模拟了嗅觉的基本功能及其情感、记忆效应,主要包括3个模块:气味识别模块以忆阻嗅觉神经元为基础实现对两种气味的识别;高级感知模块搭建情感产生电路生成嗅觉情感,并利用忆阻阻值变化实现对其他模态记忆巩固的影响;延时跨模态联想模块基于忆阻变化规律设计延时电路和联想记忆电路,以情感为强化物实现了嗅觉与其他模态信息的延时联想.最后设计4种情景进行实验,仿真结果表明该电路可以实现嗅觉的感知功能和与其他模态信息的跨模态联想,为机器人嗅觉感知提升提供了可能.

嗅觉显示技术研究综述

目的随着计算机硬件技术与多通道交互技术的发展,嗅觉作为一种新型的获取和传递信息的媒介开始在人机交互领域体现出强大的开发和研究潜力,尤其在面向未来虚拟现实、增强现实、混合现实的应用优势日益显著。通过对相关研究进展进行梳理、归纳和分析,为该技术的未来发展路径提供参考,目标是提供更科研严谨、流畅自然、高精度的虚拟嗅觉交互体验。方法通过文献研究、案例分析,阐述嗅觉显示技术的感知基础,梳理了该技术的基本含义、构成要素、发展历程、关键技术、评价方法。结论嗅觉显示技术作为新兴技术已经逐渐融入到人们生活的不同领域中,可提供多元的感知信息,加速了多通道感知技术的维度与应用潜能。但目前对嗅觉的认知还处在萌芽阶段,虚拟嗅觉的交互体验还处在相对低保真和粗糙的阶段,主要存在气味知识不够全面、气味释放装置臃肿、嗅觉显示技术的可获得性与可复制性低等问题,总结归纳嗅觉显示技术未来在多维气味数据建立、气味释放技术普世化与标准化、系统性评价机制、安全与伦理等问题领域还有着较大的发展与研究潜力。

仿生嗅觉感知技术及其在嗅觉障碍疾病筛查中的研究进展

嗅觉障碍是多种疾病的早期症状,如新型冠状病毒感染的症状之一是嗅觉丧失,阿尔茨海默病和帕金森病患者通常伴有嗅觉降低或丧失.研究基于嗅觉功能检测的早期疾病筛查和诊断技术对控制患者病情、改善人类健康具有重要意义.目前嗅觉功能障碍的检测与评价方法尚不能有效地筛查和诊断各类嗅觉障碍相关疾病,而仿生嗅觉感知技术在模拟人类嗅觉感知系统方面具备一定的灵敏度、选择性和准确度,因此在嗅觉障碍相关疾病筛查中具有广阔的应用前景.本文介绍了目前国内外嗅觉功能障碍相关疾病的研究现状,分析了仿生嗅觉感知技术的原理及其在嗅觉障碍与疾病相关性检测与诊断中的研究进展.随着生物医学工程领域多学科交叉融合的发展,细胞网络芯片、类器官仿生芯片以及脑机交互技术的转化应用将促进仿生嗅觉感知技术在嗅觉障碍相关疾病研究中的发展以及临床疾病诊断技术的革新.

智能嗅觉感知在家居设计中的应用

在人工智能与家居系统深度融合的发展趋势下,为了更好地理解空间环境、用户习惯和需求,机器感知能力的提升与创新是提升家居系统智能化程度的关键。前人研究主要侧重于视听感知技术应用,相比之下,嗅觉感知则较少受到关注。气味具有空间泛在性,且能够代表许多类型的关键信息,具有重要利用价值。本文首先针对家居空间开展气味通道解析,梳理家居主要气味类型和空间分布、气味流动与变化的形式,及气味活动颗粒度层级结构等。基于以上认知,本文讨论了智能嗅觉在家居空间中的应用机会,及其应用须遵循的设计原则和策略。智能嗅觉作为一种新型感知技术,扩展了设计者按照自身理念进行家居设计的能力,同时相关的设计新任务与新挑战也值得设计者进一步考量与深思。

从嗅觉感知到形态表达的联觉设计实践:产品形态设计课程研究

本文以产品形态设计课程实践为例,深入探讨如何将多感官联觉引入产品形态设计的教学模式。一方面,突破传统产品形态教学单纯基于形态构成法则的视觉训练;另一方面,以感官体验与转换为导向,引导学生探索感官认知到形态构建的规律。通过课程理论与实践探索,形成联觉转化的设计流程、设计方法及相应的工具卡,构建从“嗅觉的语境化—具身体验表达—产品形态设计与评价”的教学方法和流程。

虚拟嗅觉研究综述

虚拟嗅觉是虚拟现实系统的重要组成部分,主要功能是让人们在虚拟环境里闻到逼真的气味,可极大地增强虚拟现实系统的感知性、沉浸性和交互性。回顾和概述了虚拟嗅觉研究的历程和现状后,认为开展虚拟嗅觉研究要重点考虑人的嗅觉感知、气味源和虚拟环境的特性等前提要素,明确指出虚拟嗅觉研究面临的难题,包括气味的研究、虚拟嗅觉呈现器的研制、嗅觉交互和融合等方面,并给出了相应解决思路。未来研发的虚拟嗅觉系统应是一个气味从无到有、从有到变、从变又到无的完整循环体系,完美地实现气味生成、发送、改变和驱除,以及和其他感知的融合。

基于机器学习的多类别气味模型研究

嗅觉在生物体感知外界化学信号方面发挥着关键作用,而气味评估是人们了解生物体嗅觉世界的重要手段。然而,由于评估人员的主观性而导致的气味描述词多样化,使基于计算方法的分子气味属性预测面临巨大的挑战。本研究基于单标签数据,采用6种机器学习算法和软投票模型集成策略,针对5种高频气味属性,构建了一个多类别的气味属性预测模型。该模型在测试集和外部测试集上的Macro F1分数均达到0.7以上,展现出良好的气味属性预测能力和泛化性能,并且在反直觉结构-气味关系方面具有一定的识别能力,为分子气味属性的有效预测提供了新的可能性。同时,本研究还预测了具有诱蚊效应的化合物分子可能的气味类别,为揭示蚊虫行为与气味嗅觉偏好之间的关系提供了重要线索。

虚拟嗅觉气味生成装置的研究进展

虚拟嗅觉气味生成装置是虚拟嗅觉系统的重要组成部分,在用户与虚拟环境的人机交互过程中可让用户闻到真实气味。回顾和概述了虚拟嗅觉生成装置的研究历程和现状后,明确指出虚拟嗅觉气味生成装置研究面临的难题,包括气味的生成方式、气味的混合传输问题、人机交互的实时性等问题,对目前现有的虚拟嗅觉气味生成装置性能进行了比较,指出未来研发的虚拟嗅觉生成装置应能实现气味从无到有、从有到变、从变到无的完整循环系统。

从“嗅”到“景”:嗅觉景观研究方法与设计理论综述

人、气味和建筑环境之间的相互关系,成为过去十多年来嗅觉景观研究的焦点。本文从气体测量与扩散模拟、嗅觉感知评估、嗅觉的交叉模式研究、模拟和复制嗅觉环境、人工智能与大数据研究等五个方面系统性地回顾了嗅觉景观的研究方法。结合案例,作者提出了从宏观(城市)、中观(街道)、微观(人)尺度营造城市嗅觉景观的设计方法,并指出嗅景设计中应当考虑包容性。最后展望了未来嗅觉景观的研究方向。

近代城市居民公共卫生意识的转变与嗅觉构建

明清时期中国城市的公共卫生状况较差,民众对脏乱环境的嗅觉感知并不敏感。近代以来,中国知识分子逐渐认同现代西方医学知识和公共卫生观念,并将改变公共卫生认识视为挽救民族危亡的国之大事,于是脏乱的环境开始承载“疾病”“落后”等更加丰富的医学内涵和政治想象,人们对脏乱环境散发的“臭味”愈加敏感。通过公共卫生运动和身体入微的体验,近代中国人对“臭味”的嗅觉感知能力逐渐被建构起来。

嗅觉视角下大运河亚运公园空间品质化探究

空间品质优化是公共空间研究领域关注的热点问题,从嗅觉与空间角度出发,构建真实样本数据库,基于AHP层次分析法求取嗅觉与花令十二坊时尚街区的感知指标权重,研究主体嗅觉感知与公共空间内部元素关系,得到主体需求,以公共空间嗅觉感知与体验者行为、情绪为主线,探索嗅觉感知景观设计,提出空间优化策略,达到嗅觉感知公共空间品质化提升的效果。

科技新闻

我国多所大学研究人员合作揭示了嗅觉感知的分子机制大多数动物(包括人类)均拥有一套主嗅觉系统来识别挥发性的气味分子。大量的嗅觉受体通过“组合编码”的气味识别方式,帮助动物识别数以万亿计的气味分子。嗅觉受体可以分为三个家族,第I类是气味受体(OR)家族,第Ⅱ类是痕量胺相关受体(TAAR)家族,OR和TAAR都属于A类G蛋白偶联受体(GPCR)家族,第Ⅲ类是非GPCR嗅觉受体。

羌活川芎粉塞鼻治偏头痛

羌活、川芎各10克,冰片1克,共研细粉,装瓶备用。治疗时取药粉1克,用纱布包裹,塞入鼻腔,右侧头痛塞左鼻,左侧头痛塞右鼻。一般塞10~20分钟,1日1次,7天为1个疗程,连用1~3个疗程。起效时间最短10分钟,最长3天。四川彭州胡佑志.成都中医药大学副研究员蒲昭和点评:采用药物搐鼻、吸鼻、塞鼻、熏鼻等,都是中医常用的治法。这类方法利用鼻腔内黏膜血管丰富,有助药物快速吸入,加之所用药物芳香、开窍.品居多,药味被嗅觉感知,对心理和身体都会产生奇异效果。投药鼻腔能让药物快速直达病所,用于头面疾病(如头痛、面瘫)疗效较好,副作用小,总体较为安全。

电力嗅觉传感原理与关键技术研究综述

仿生感知技术在电力设备状态监测与故障诊断领域已被广泛应用。结合微型气体传感器与智能算法的电力嗅觉技术,通过检测绝缘介质的特征分解气体,可以有效评估电力设备的故障类型和严重程度。因其成本低、体积小和集成度高的优势,电力嗅觉技术受到越来越多关注。因此,该文针对SF6气体绝缘设备、空气绝缘设备、变压器、电力电缆和储能电池的应用背景,梳理了当前电力嗅觉传感技术的研究现状。首先,总结了不同电力设备状态劣化的产气特性及内在机理,分析了特征分解气体的异同;之后,针对不同特征分解气体,总结了电力嗅觉敏感材料的研究进展与改进方向;然后,对比了陶瓷基底、柔性基底和硅基底的封装差异性,提出了电力嗅觉传感器件的芯片化、集成化发展方向;最后,讨论了基于特征工程和数据驱动的传感器信号处理算法,点明了边缘计算技术在电力嗅觉智能算法方面的应用潜力。该文对电力嗅觉传感原理与关键技术进行了详细归纳,强调了在气体分析方法、气敏材料开发、传感器制备技术和智能算法应用等方面的技术创新潜力,为电力设备的智能化发展提供了指导方向。