1968年，費(fèi)加羅公司創(chuàng)始人田口尚義利用半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)出了第一款半導(dǎo)體式氣體傳感器，應(yīng)用于可燃性氣體和還原性氣體的泄漏報(bào)警器。可以說(shuō)，這是氣體傳感器在監(jiān)測(cè)有毒、危險(xiǎn)氣體泄漏的應(yīng)用形態(tài)。同時(shí)，半導(dǎo)體氣體傳感器也是迄今為止，產(chǎn)量、普及的氣體傳感器之一。
從誕生至今，目前市場(chǎng)上絕大部分的氣體傳感器主要應(yīng)用都集中在有害、有毒氣體監(jiān)測(cè)，其中，氣體傳感器主要應(yīng)用在石化工業(yè)中的二氧化碳傳感器、氨氣傳感器、一氧化氮傳感器等都能用在檢測(cè)二氧化碳、氨氣、氯氣等有害氣體、半導(dǎo)體和微電子工業(yè)的有機(jī)溶劑和磷烷等劇毒氣體。的住房、大樓、會(huì)議室和公共娛樂(lè)場(chǎng)所用二氧化碳傳感器、煙霧傳感器、臭氧傳感等。
在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的驅(qū)動(dòng)下，這些氣體傳感器結(jié)合各類通信技術(shù)、AI技術(shù)的技術(shù)加持，使得這些原本在石油、化工、鋼鐵、冶金、礦山、環(huán)保、市政、醫(yī)療、食品安全等領(lǐng)域的氣體傳感器應(yīng)用面快速橫向發(fā)展。所以近些年來(lái)，我們可以看到氣體傳感器在智能家居、可穿戴設(shè)備、智能移動(dòng)終端等領(lǐng)域的應(yīng)用需求迅速增長(zhǎng)。
根據(jù)法國(guó)市場(chǎng)研究公司Yole Développement預(yù)測(cè)，2021年氣體傳感器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到9.2億美元。其中由于終端消費(fèi)市場(chǎng)的增長(zhǎng)影響，2020年的氣體傳感器實(shí)際需求將達(dá)到3.5億顆。
當(dāng)然，在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，伴隨著著智慧城市、環(huán)境監(jiān)測(cè)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的場(chǎng)景多樣化、需求增加，未來(lái)，有害有毒氣體監(jiān)測(cè)的氣體傳感器依舊有很大的增長(zhǎng)空間。
綜上，根據(jù)對(duì)于目前市場(chǎng)應(yīng)用的觀測(cè)，我們大致將氣體傳感器市場(chǎng)歸結(jié)為以下6大細(xì)分市場(chǎng)：
消費(fèi)類市場(chǎng)：主要集中在消費(fèi)終端產(chǎn)品中，包括智能家居、可穿戴設(shè)備和智能手機(jī)。
環(huán)境監(jiān)測(cè)市場(chǎng)：用于監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量和污染情況的氣體傳感器。
暖通空調(diào)市場(chǎng)：用于室內(nèi)/車內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的氣體傳感器。
交通運(yùn)輸市場(chǎng)：用于汽車尾氣測(cè)量或重型車輛發(fā)動(dòng)機(jī)控制的氣體傳感器。
醫(yī)療市場(chǎng)：在治療護(hù)理時(shí)，用于呼吸分析的氣體傳感器。
國(guó)防和工業(yè)安全市場(chǎng)：在工業(yè)和國(guó)防領(lǐng)域，生產(chǎn)制造過(guò)程所產(chǎn)生的有害氣體監(jiān)測(cè)。
但是，可以發(fā)現(xiàn)無(wú)論是傳統(tǒng)工業(yè)還是物聯(lián)網(wǎng)所使用的氣體傳感器，應(yīng)用場(chǎng)景大多局限于有害、有毒氣體，或許這是一個(gè)片面的歸納。作為氣體的感官體驗(yàn)，嗅覺(jué)體驗(yàn)的市場(chǎng)待開發(fā)的前景不容小視。
"難啃"的嗅覺(jué)市場(chǎng)藏著一座金礦山
傳感器有一個(gè)外號(hào)，叫做"電五官"，從人類的感官體系而來(lái)。對(duì)應(yīng)的，例如，視覺(jué)傳感器對(duì)應(yīng)的是人眼視覺(jué)，壓力傳感器對(duì)應(yīng)人的皮膚觸覺(jué)等等。橫向?qū)Ρ葋?lái)看，無(wú)論聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)所涉及到的壓力、圖像、麥克風(fēng)傳感器在近幾十年技術(shù)都獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在人機(jī)交互領(lǐng)域，這些傳感器也得到了大量的應(yīng)用。
但是，我們發(fā)現(xiàn)在嗅覺(jué)也就是對(duì)應(yīng)人鼻這一塊的氣體傳感器應(yīng)用進(jìn)程顯得十分緩慢。其中的原因就是因?yàn)樾嵊X(jué)不像聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)，可以有數(shù)據(jù)非常直觀的展現(xiàn)出來(lái)，光能夠用三原色（紅藍(lán)綠）進(jìn)行調(diào)制，聽(tīng)覺(jué)可以通過(guò)空氣壓力波進(jìn)行模擬。而氣體擁有的味道對(duì)應(yīng)的份子也是成千上萬(wàn)，所以相對(duì)于光波和聲波來(lái)說(shuō)，拷貝起來(lái)的難度要大得多。
同時(shí)每個(gè)人對(duì)于每一種嗅覺(jué)的標(biāo)準(zhǔn)也不一樣，也很難有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，類比來(lái)看，味覺(jué)感官體驗(yàn)亦是如此。
嗅覺(jué)市場(chǎng)目前也并非一片空白，不但有前人鋪墊，也有后來(lái)者欲求抓住這個(gè)新興市場(chǎng)。
谷歌在2013年4月1日愚人節(jié)發(fā)布了一款全新"靈鼻子"的產(chǎn)品，點(diǎn)擊"聞一聞"就能清楚聞到具體搜索的內(nèi)容的味道。雖然"靈鼻子"只是愚人節(jié)的一個(gè)玩物，但是它實(shí)際上代表了嗅覺(jué)傳感的重構(gòu)過(guò)程，也就是將造成某些味道的分子再次組合釋放，達(dá)到氣味重現(xiàn)的功能。
對(duì)應(yīng)于嗅覺(jué)重構(gòu)，嗅覺(jué)解構(gòu)才是嗅覺(jué)技術(shù)需要解決的首要問(wèn)題，即分析出造成某種氣味的分子種類有哪些、量有多大。按照目前的行業(yè)說(shuō)法，我們會(huì)把進(jìn)行氣體解構(gòu)的設(shè)備稱為"電子鼻"。
2019年4月，時(shí)隔6年，谷歌Brain部門發(fā)表論文介紹利用AI算法計(jì)算分子結(jié)構(gòu)來(lái)預(yù)測(cè)分子氣味。當(dāng)時(shí)，谷歌團(tuán)隊(duì)使用了來(lái)自調(diào)香師的近5000個(gè)分子，這些人嗅覺(jué)靈敏，仔細(xì)地將每個(gè)分子與"木頭味"、"茉莉味"或"甜味"等描述進(jìn)行匹配。研究人員使用數(shù)據(jù)集約三分之二的部分來(lái)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，然后測(cè)試是否可以預(yù)測(cè)剩余分子的氣味，結(jié)果沒(méi)有讓人失望。
其實(shí)，這里面所提到的AI只能算是算法層面的技術(shù)支撐，全面來(lái)看，這種設(shè)備一般由氣敏傳感器陣列、信號(hào)處理子系統(tǒng)和模式識(shí)別子系統(tǒng)等三大部分組成，工作時(shí)，氣味分子被氣敏傳感器陣列吸附，產(chǎn)生信號(hào)；生成的信號(hào)被送到信號(hào)處理子系統(tǒng)進(jìn)行處理和加工；并由模式識(shí)別子系統(tǒng)對(duì)信號(hào)處理的結(jié)果作出判斷。如果有重構(gòu)過(guò)程，設(shè)備會(huì)把氣味重新模擬出來(lái)。
就在2020年12月，慧聞科技推出了多通道氣體傳感器陣列氣體/氣味檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)，也就是我們俗稱的"電子鼻"，根據(jù)公開資料，慧聞科技的電子鼻有32個(gè)具有不同敏感特性的氣體傳感器組成傳感器陣列，結(jié)合特殊的模式識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)氣體或氣味檢測(cè)識(shí)別以及定量計(jì)算等功能。
據(jù)悉，此款"電子鼻"主要應(yīng)用領(lǐng)域在人體新陳代謝物所帶有的特征標(biāo)記氣體的檢測(cè)及識(shí)別、口氣監(jiān)測(cè)和疾病早期篩查、冰箱果蔬新鮮度監(jiān)測(cè)分析、智能食品品質(zhì)控制、酒類的區(qū)分識(shí)別、軍事領(lǐng)域的氣體識(shí)別分析。
多種氣敏材料的反應(yīng)可以明顯發(fā)現(xiàn)，不同的食物所散發(fā)的氣味分子種類和量不盡相同，并且根據(jù)新鮮程度劃分來(lái)看，同一食物不同時(shí)期所散發(fā)的分子的量也不同。另外，如果在某一個(gè)密閉空間內(nèi)，不同大小的同一種類食物也所產(chǎn)生的濃度也不同。
所以，如果想準(zhǔn)確地識(shí)別某種食物所散發(fā)的味道，以及某種味道的分子特性，需要大數(shù)據(jù)作為支撐，同時(shí)通過(guò)每種傳感器的反應(yīng)程度繪制成多邊形網(wǎng)格圖，進(jìn)行圖形分析。從圖3可以看到，每種醬料對(duì)應(yīng)的多邊形網(wǎng)格圖形狀各有特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)和AI算法處理，精確每一種食物的形狀，進(jìn)而精準(zhǔn)區(qū)分散發(fā)類似氣味分子的不同食物。
筆者認(rèn)為，除了有毒有害的氣體監(jiān)測(cè)，在智能家居、食品監(jiān)測(cè)，以及大部分需要通過(guò)對(duì)氣味分子進(jìn)行監(jiān)測(cè)的領(lǐng)域，嗅覺(jué)傳感器將大有可為。但是，要說(shuō)以目前的發(fā)展速度來(lái)看，如果通過(guò)AI算法精準(zhǔn)匹配、積累大量數(shù)據(jù)才是嗅覺(jué)傳感器走向大市場(chǎng)的關(guān)鍵所在。
為了更好推動(dòng)氣體傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行穩(wěn)定、創(chuàng)新應(yīng)用，積極幫助行業(yè)開拓新市場(chǎng)。2021年，IOTE 2021物聯(lián)網(wǎng)展分別會(huì)在上海與深圳兩座物聯(lián)網(wǎng)核心城市舉辦，是一場(chǎng)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈完整的展示。在IOTE 2021物聯(lián)網(wǎng)展上，我們能夠看到近距離與企業(yè)溝通氣體傳感器的技術(shù)動(dòng)態(tài)和應(yīng)用趨勢(shì)。
