隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，環(huán)境空氣污染加劇，人類對(duì)健康生活環(huán)境的追求越發(fā)強(qiáng)烈......而人類嗅覺的延伸——機(jī)器嗅覺，在此背景下，迎來爆發(fā)式發(fā)展機(jī)遇。

機(jī)器嗅覺起源：氣體傳感器誕生

機(jī)器嗅覺是一種模擬生物嗅覺工作原理的新穎仿生檢測(cè)技術(shù)，機(jī)器嗅覺系統(tǒng)通常由交叉敏感的化學(xué)傳感器陣列和適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)模式識(shí)別算法組成，可用于檢測(cè)、分析和鑒別各種氣味。

而氣體傳感器是機(jī)器嗅覺的主角，因?yàn)闅馕妒俏镔|(zhì)的外部特征，氣體傳感器通過檢測(cè)氣味能準(zhǔn)確地獲取物質(zhì)的相關(guān)信息，將各種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)，得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。

氣體傳感器的發(fā)展可追溯到50多年前，20世紀(jì)60年代，世界上首個(gè)氣體檢測(cè)器誕生。Wickens和Hatman利用氣體在電極上的氧化還原反應(yīng)研制出了世界上第一個(gè)氣體檢測(cè)器，而后八十年代年英國(guó)Persaud等人提出了利用氣體檢測(cè)器模擬生物嗅覺，這是氣體傳感器的雛形。

直到70年代，氣體傳感器的理論才傳入我國(guó)。80年代我國(guó)開始研制氣體傳感器，整個(gè)技術(shù)主要繼承于德國(guó)。

之后隨著各種天然氣、煤制氣、液化氣的開發(fā)和使用，國(guó)內(nèi)外開始深入研究可燃?xì)怏w的檢測(cè)方法和控制方法,并產(chǎn)生了多種用于氣體檢測(cè)與分析的傳感器、儀器儀表等，并大量應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的氣體檢測(cè)與成分分析中。

氣體傳感器作為人類嗅覺的延伸，是感知空氣及環(huán)境不可或缺的核心。如今，氣體傳感器被廣泛應(yīng)用到工業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保、化工等領(lǐng)域，近幾年更是迅速向民用領(lǐng)域普及，尤其是在環(huán)保與健康方面，迎來爆發(fā)式發(fā)展。

機(jī)器嗅覺發(fā)展：空氣污染催生多種氣體傳感器應(yīng)用場(chǎng)景

過去氣體傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，因?yàn)楸姸喙I(yè)氣體毒性較強(qiáng)，泄露將對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，還有一些易燃?xì)怏w，存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)。所以通過氣體傳感器可盡快檢測(cè)出氣體泄漏等問題，避免安全問題升級(jí)到緊急危險(xiǎn)的情況發(fā)生。

現(xiàn)在隨著工業(yè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，產(chǎn)品的種類不斷增多，氣體原料和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氣體種類和數(shù)量不斷境加，氣體污染范圍快速擴(kuò)大，我們?nèi)粘Ｉ畹沫h(huán)境已經(jīng)受到嚴(yán)重污染，甚至我們的生存都遭受到威脅。據(jù)2016年世界衛(wèi)生組織對(duì)疾病揭露與負(fù)擔(dān)的全球評(píng)估，迄今為止，空氣污染是對(duì)健康最大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不良影響甚至可能引發(fā)疾病，每年約有九分之一的死亡均由此引起，只有十分之一的人生活在符合世界衛(wèi)生組織空氣質(zhì)量指南的城市中。

因此，通過機(jī)器嗅覺技術(shù)來先一步感知所處環(huán)境的空氣質(zhì)量狀況，從而進(jìn)行改善及治理，維護(hù)人體的健康是非常有必要的。例如，用相應(yīng)的氣體傳感器檢測(cè)酸雨氣體/溫室效應(yīng)氣體、甲醛等有毒氣體和PM 2.5等。

如今機(jī)器嗅覺市場(chǎng)正在發(fā)生巨大變化，主要由大量的消費(fèi)類應(yīng)用驅(qū)動(dòng)發(fā)展，催生多種氣體傳感器應(yīng)用場(chǎng)景。

隨著生活水平的提高和環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，人們對(duì)各種有毒、有害氣體的探測(cè)，對(duì)大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)控以及對(duì)食品和人居環(huán)境質(zhì)量的檢測(cè)都提了更高的要求。例如應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的各種智能家居和可穿戴設(shè)備，實(shí)現(xiàn)周圍環(huán)境空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)或空氣質(zhì)量的提高。

室內(nèi)裝修有害氣體檢測(cè)

新裝修居室90%以上的有害氣體都嚴(yán)重超標(biāo)，以甲醛為例，新居初裝完成時(shí)含量都在2.5ppm以上，有的高達(dá)十幾甚至幾十ppm（GBT18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定甲醛含量最高不超過0.1mk/m3，即0.074ppm）。

將氣體傳感器應(yīng)用于家庭生活環(huán)境，針對(duì)甲醛、苯、甲苯等揮發(fā)性有機(jī)物添加獨(dú)立的氣體檢測(cè)產(chǎn)品，或?qū)怏w傳感器與空調(diào)、空氣清新機(jī)、空氣凈化器等融為一體，達(dá)到內(nèi)室污染檢測(cè)與治理相結(jié)合的目的，既可對(duì)久居家中的老、弱、婦、孺等低抵抗力人群起到最大的保護(hù)作用，又可讓在外拼搏的親人安心。

PM 2.5粉塵檢測(cè)

中國(guó)目前城市的環(huán)境已經(jīng)進(jìn)入霧霾高發(fā)期，人們開始慢慢體會(huì)到“呼吸之痛”。加上室內(nèi)吸煙、炒菜時(shí)的油煙以及不完全燃燒的煤氣等情況，均會(huì)增加空氣中PM2.5粉塵的濃度，容易導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生，對(duì)于老人、兒童、嬰兒或者是原本就有呼吸、心血管系統(tǒng)疾病的人來說，傷害尤其嚴(yán)重。

PM2.5粉塵傳感器通過紅外光在灰塵顆粒物的散射作用統(tǒng)計(jì)空氣中的顆粒數(shù)量，可以靈敏檢測(cè)直徑1um以上的粒子，內(nèi)置加熱器可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吸入空氣，減少測(cè)量誤差，并且體積小，易于安裝使用。

還有空氣凈化器也是室內(nèi)常用的含氣體傳感器的電器。集成到諸如安全網(wǎng)絡(luò)攝像頭或智能揚(yáng)聲器之類的中央設(shè)備中的氣體傳感器甚至可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控房間中的家庭環(huán)境，遠(yuǎn)程控制通風(fēng)，并確保無論何時(shí)人們進(jìn)入房間，室內(nèi)空氣都是清潔的和新鮮的。

高檔智能汽車空氣安全監(jiān)測(cè)

據(jù)調(diào)查，93.6%的新車室內(nèi)空氣污染嚴(yán)重超標(biāo)，而車內(nèi)空氣污染源主要來自車體本身、裝飾用材等，其中甲醛、二甲苯、苯等有毒物質(zhì)污染后果最為嚴(yán)重，可能誘發(fā)癌變。

另一種屢見報(bào)端的車內(nèi)危害氣體，是被稱為“沉默的殺手”的一氧化碳，其主要來源是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車尾氣，因停車時(shí)開啟空調(diào)而產(chǎn)生，若聚集于車內(nèi)時(shí)，車內(nèi)人員會(huì)因吸入這種無色無味的毒氣而在不覺中中毒身亡。

采用適合的氣體傳感器，不僅可監(jiān)測(cè)車內(nèi)甲醛、二甲苯、苯等揮發(fā)性有機(jī)物，也可以監(jiān)測(cè)車內(nèi)一氧化碳濃度，起到安全預(yù)警的作用，提醒車主采取有效的改善措施，防止悲劇的發(fā)生。

另外，在智慧大樓、智慧場(chǎng)館、智慧學(xué)校、智慧停車場(chǎng)、智慧公廁、智慧養(yǎng)殖場(chǎng)等應(yīng)用場(chǎng)景里，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景的要求，配置所需的氣體傳感器，從而結(jié)合長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行恰當(dāng)?shù)闹卫泶胧纳剖覂?nèi)的空氣及環(huán)境質(zhì)量。

還有在無創(chuàng)呼氣檢測(cè)，全球溫室氣體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，天然氣生產(chǎn)工藝檢測(cè)等領(lǐng)域，氣體傳感器也大有可為。

機(jī)器嗅覺爆發(fā)：掘金氣體傳感器9.2億美元市場(chǎng)

目前，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，國(guó)內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)市場(chǎng)需求越來越大。隨著生態(tài)治理措施的不斷加強(qiáng)，空氣監(jiān)測(cè)將迎來更為廣闊的市場(chǎng)前景。同時(shí)，國(guó)家正從宏觀層面加強(qiáng)對(duì)空氣監(jiān)測(cè)設(shè)備行業(yè)的引導(dǎo)，以充分發(fā)揮本土優(yōu)勢(shì)，提升國(guó)產(chǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)行業(yè)良性發(fā)展。

在全球市場(chǎng)中，隨著全球氣候變暖,極端天氣氣候事件的出現(xiàn)頻率發(fā)生變化,呈現(xiàn)出增多增強(qiáng)的趨勢(shì)，氣體傳感器的市場(chǎng)需求也隨之在不斷增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2021年，全球氣體傳感器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到9.2億美元。

而隨著終端消費(fèi)市場(chǎng)崛起，全球消費(fèi)領(lǐng)域氣體傳感器需求保持高速增長(zhǎng)。2015年，全球消費(fèi)用氣體傳感器出貨量為130萬顆左右，2018年迅速提升至1億顆，預(yù)計(jì)到2020年其需求將增長(zhǎng)至3.5億顆，氣體傳感器行業(yè)迎來新一輪發(fā)展機(jī)遇。

從技術(shù)角度來看，未來氣體傳感器前景可期。

一方面，智能技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)著氣體傳感器走向智能化。氣體傳感器將在充分利用微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、傳感技術(shù)、故障診斷技術(shù)、智能技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。研制能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)多種氣體的全自動(dòng)數(shù)字式的智能氣體傳感器將是未來的發(fā)展趨勢(shì)之一。

另一方面，新材料的研究，將實(shí)現(xiàn)氣體傳感器的創(chuàng)新。納米、石墨烯、薄膜技術(shù)等新材料研制技術(shù)已成功應(yīng)用在氣體傳感器上，大大提高氣體傳感器的性能。比如，在石墨烯中加入硼原子，開發(fā)出的氣體傳感器，其靈敏度極高，能“嗅”出空氣中濃度極低的有害氣體，在人們還未察覺時(shí)發(fā)出警報(bào)。

結(jié)語：

未來是機(jī)器的世界，但是現(xiàn)在大家的注意力都在語音識(shí)別、機(jī)器視覺、人臉識(shí)別、機(jī)器語言，卻忽略了另一個(gè)很重要的感知，嗅覺——機(jī)器對(duì)環(huán)境分子的感知能力。

其實(shí)無論是檢測(cè)我們每天呼吸的空氣品質(zhì)，還是危化物品的巡檢、有毒氣體探測(cè)等，都需要機(jī)器具備對(duì)環(huán)境分子的感知能力，去檢測(cè)環(huán)境中有沒有危害的氣體分子。

重視及發(fā)展氣體傳感器，不僅是一場(chǎng)市場(chǎng)機(jī)遇，更是一場(chǎng)“保命”智舉。