第439期|机器有了狗鼻子！超灵敏智能嗅觉传感器如何实现超低浓度气体的精确捕捉？

本期话题：

00:30机器是怎样学会像狗鼻子一样嗅气味的？

04:59智能嗅觉的两大法宝：二维复合纳米材料+AI技术

09:03全产业链自研与精准医疗：嗅觉传感技术的健康愿景

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机器是怎样学会像狗鼻子一样嗅气味的？

幻实（主播）：

欢迎大家关注芯片揭秘，我是主播幻实，今天我邀请到了一家专门做智能嗅觉传感器平台的公司——杭州汇馨传感技术有限公司（以下简称：汇馨传感）。现在坐在我旁边的就是汇馨传感的副总经理郭功剑。

汇馨传感副总经理 郭功剑 做客芯片揭秘

郭功剑（嘉宾）：

大家好，我是汇馨传感的郭功剑。

幻实（主播）：

郭总您好。之前我们一直在讨论你们做了一个产品，让机器具备了像狗鼻子一样灵敏的功能，听起来特别有意思，能不能跟我们讲讲你们选择这个产品方向的原因？大家怎么想到要做这个产品？现在进展到什么程度了？

郭功剑（嘉宾）：

现在挺多的电子鼻用于环境监测，但是目前在医疗健康领域，或者食品检测领域还是非常少的。现在很多的疾病检测相对来说比较复杂，比如需要去医院抽血或者做肠镜等，体验感很差，如果做肺结节的良恶性检测可能会更糟糕，而且对于传统的CT技术，它的判别的准确性也会受到很大的挑战。这个时候需要有一种患者的依从性比较好的技术，能够快速地判断这个患者是否具有这种疾病。另外一个场景是在食品领域中，像白酒这种产品，生产过程中很多的质量管控都是靠人完成，但是这样又会在过程中带来很多的主观因素，所以通过仪器来准确的判断生产过程中的质量也有着非常强的需求。在这个大背景下，我们结合自己的创始团队，一直在做纳米新材料的研究，刚好这种材料在电子鼻领域又可以有很好的应用。所以结合这个大环境以及我们的技术背景，我们进入了这个赛道。

幻实（主播）：

就是基于有市场需求以及技术储备进入了这个赛道。目前来看，你们的产品介绍中提到产品特性是超灵敏，这个“超”怎么来实现？到底有多灵敏？能不能量化一些为我们解读一下。

郭功剑（嘉宾）：

超灵敏主要体现在它的探测下限上面，我们的产品可以检测到PPB这个级别的有机性气体跟无机性气体，那PPB是什么概念呢？就是浓度为10-9的气体。我们的产品可以像狗的鼻子一样闻到很多浓度很低的气体，这些气体恰恰是很多场景里面标志性气体，比方说人的呼出的气里面有很多这种标志性气体，它的浓度都是PPB这个级别的，或者像食品检测里面的这种标志性气体，它的浓度也是非常低，这个时候就需要这种超灵敏的技术很精准地感知到这个气味，只有这样才能精准地去判断它。所以说我们的超灵敏主要体现在很精准地感知到这些浓度很低的气体。

超灵敏智能嗅觉分析仪（图源：汇馨传感）

幻实（主播）：

超灵敏的实现来自于什么样的一个技术突破呢？

郭功剑（嘉宾）：

我们主要用到了三个核心的技术，我们称之为3T技术。第一个是我们的二维复合纳米材料技术，我们是首家把二维复合纳米材料作为气体传感器的敏感材料。它的比表面积就会很大，电子跃迁的速度也会很快，从而保证了我们这个超灵敏。现在市面上很多的MEMS的半导体气体传感器要对它进行加热使用，而我们使用二维复合纳米材料的传感器在常温下就可以检测很多的有机的气体，比方说像VOC这类有机性气体，还有一些无机的气体，像硫化氢、氨气等。同时这个传感器的功耗很低，所以以后可穿戴设备里面也可以用到我们这个传感器。

GOS-100石墨烯嗅觉传感器（图源：汇馨传感）

幻实（主播）：

我觉得以后如果在手表里装一颗这样的传感器，对它吹口气，我就能知道其中的气体成分。不过这样的话工程难度可能也很高，你们还有哪些核心技术可以提供解决方案呢？

郭功剑（嘉宾）：

第二个核心技术在于嗅觉传感器芯片方面，例如封装等技术上做的进一步的创新，包括我们的传感器芯片的设计、设计出来之后芯片的加工工艺，包括芯片的封装和测试。此外，在一个阵列的传感器中，要保证每个传感器之间的一致性，以及使用过程中的稳定性，需要用到很多质控的技术。我们摸索了很多年，形成了一整套的生产体系，其中也包括我们自己的质控体系。第三，我们充分利用了现在的人工智能的技术，开发了很多种基于不同应用场景的分析方法，同时也采集了很多的数据库，就如刚才我给您介绍的很多种疾病，能判断它们的前提是要让这台设备具备识别能力，就像小孩子一样，你要教会它很多东西，所以你需要用数据不断地去喂它。我们这么多年来采集了很多场景的数据，所以我们的仪器现在越学越智能，有些场景的检测的准确性达到了93%甚至95%，所以说我们实现了超灵敏检测，最核心的就是依靠我们的3T技术。

智能嗅觉的两大法宝：二维复合纳米材料+AI技术

幻实（主播）：

三个技术支撑了超灵敏的实现。然后回到材料，我看你们介绍你们的产品是始于材料，这个材料是怎样的材料？怎么来理解它的特别性？

构建气体识别数据库（图源：汇馨传感）

郭功剑（嘉宾）：

这个就是刚才介绍我们3T技术里面的二维复合纳米材料。使用我们所有的技术之前需要很精准地把气味捕捉出来，这就需要依靠我们这种材料的二维的特性，其高离子迁移率、高的比表面积保证了很低浓度的气体也能产生很强的信号，所以我们所有的创新，所有的性能检测的保障，都是始于材料。

幻实（主播）：

这个材料的可获得性强吗？

郭功剑（嘉宾）：

这个材料其实市面上挺常见的，但是我们对这个材料进行了修饰。就像可口可乐一样，虽然有很多配方，但我们这个核心配方是精心调配后的。

幻实（主播）：

本来是个大众的产品，但在你们的调配下它变得特别了，符合你们的要求了。那请教一下郭总，我看你们对外宣传说智能嗅觉要步入发展的快车道了，你们为什么会有这样的结论和观点？你们看到了什么样的契机？跟我们再揭秘一下。

郭功剑（嘉宾）：

因为我们都是技术出身，所以会从事物的发展逻辑来看，现在有视觉的传感器，然后还会有声音的传感器，所以也是需要嗅觉的传感器来实现万亿种气味的记录跟数据化。

幻实（主播）：

对，视觉传感器发展的已经非常成熟了，硅麦这几年也上市了很多公司，但好像没怎么看到关于嗅觉传感器的。

郭功剑（嘉宾）：

从事物的发展本质来说，人的五觉最终会在仪器里面体现出来。现在AI技术的飞速进步带动了我们嗅觉产业发展，因为我们嗅觉会用到很多的AI技术，同时我们很多新兴的方向，比如刚才提到的呼气测健康、食品检测这些行业的需求也在逐渐增加，所以说嗅觉传感器也插上了产业跟AI的翅膀，从事物发展本身看它会飞起来。另外从整个生态来看，现在加入嗅觉生态的企业越来越多，包括我们对外交流的、应用的、上游的，甚至下游的也会非常多，而且也有一个国际的巨头公司Google加入到这里面来，它去年在Science上发表了一篇文章，介绍他们在嗅觉标准化方面所取得的突破性的进展。他们这些研究更偏理论方面，有这些理论基础的奠定，以及这些行业巨头公司的拉动，我相信整个生态也会更好地发展。那从产业本身的发展逻辑加整个生态的兴旺情况，我们判断智能嗅觉的春天是已经到来的。

芯片揭秘 主播幻实（右） 对话

汇馨传感副总经理 郭功剑 （左）

幻实（主播）：

您觉得目前市面上大众的传感器在嗅觉监测上面有什么短板吗？或者说迎合我们目前的行情需求，它还有什么不足？

郭功剑（嘉宾）：

现在的传感器可能在单一气体检测中的应用会比较多一些，但是对混合气体，比方说我呼出气里面的主份是非常复杂的，或者很多工业场所里面气体的主份也是混在了一起，很难实现嗅觉检测。然后在另外一个层面，某一些食品检测里面的一些标志性气体的浓度很低，关键在于如何精准地捕捉。

现在传统做法一般都是用半导体金属氧化物的传感器来实现，这种传感器的工艺很成熟，但是它的检测下限，也就是它能闻到的气体浓度相对比较高，大约10-6，我们称之为PPM，跟我们的传感器下限10-9还差三个数量级，它闻不到很多有用的标志性气体，也就说明抓取的东西都不准，后面的AI还怎么去训练，怎么去学？还有一些具有金属的纳米材料的传感器，它们对无机气体的敏感性会差一点，而无机气体恰恰是很多场景里面的标志性气体，如果这些标志性气体没法敏感地被感知，这些传感器的应用也会有问题。市面上也有一些电子鼻，但是它们是用单一的气体传感器去做的，单一的气体传感器在复杂的环境下做到精准的靶向检测会是一个很大的挑战。所以说，现在市面上的传感器本身技术路线比较成熟，但是用到食品检测、呼气的健康诊断中会存在很大的一个挑战。

全产业链自研与精准医疗：嗅觉传感技术的健康愿景

幻实（主播）：

我已经听得非常期待了，确实你们在数量级上面、全面性上面实现了一些跨维度的超越。但是我感觉你们的产品做得挺“重”的，因为我看了一下你们的这段话，始于材料，精于传感，智于算法，综于仪器，说明你们从材料到最终端的设备全部都是自我掌握，这个是一个很“重”的一件事，对你们来说会不会压力太大了。

智能嗅觉解决方案（图源：汇馨传感）

郭功剑（嘉宾）：

也有很多行业的朋友问我，为什么整个产业链你们要自己做？最主要的一个原因，材料本身的配方是我们的核心，所以材料肯定要握在自己手里面。那这个材料怎么做到我们这个嗅觉芯片上？由于我们的技术属于全球领先的，甚至在产业化方面我们也是全球首次把这种材料用到嗅觉芯片上，所以想找合作的伙伴可能也找不着，只能我们自己去做生产的工艺。不过我们在仪器本身的制造上有很多是外协的，比方说外壳的设计，PCBA安装的过程，这些全都是外协来做，但是其中的核心算法仍掌握在自己的手里，因此只能自己去做很多核心的东西，所以可以看到整个链路相对比较长。

幻实（主播）：

对，因为一般人可能只做个传感器就结束了，你们连设备都自己搞了，现在这个设备情况是怎么样？跟我们讲一下。

郭功剑（嘉宾）：

我们的设备现在有几个大的方向在应用，首先我们在医疗领域布局了几个发展方向，一个是免放射性元素，用于替代在幽门螺旋杆菌检测中吃“小药丸”的方法，目前在浙江大学附属医院里面已经在做临床的应用研究，数据检测效果还是不错的。另外一个契机是浙江省的一个项目，做肺癌的呼吸诊断，也在浙大附属医院里面做临床的应用研究。

幻实（主播）：

肺癌的人呼出来的气是不一样的。那这方面的准确率如何？能做到早筛吗？

郭功剑（嘉宾）：

我们这方面的准确率也接近93%，可以实现早筛，只是建模会有所不一样。辅助诊断跟早筛的模型会有所区别，目前我们辅助诊断的模型准确性还是非常不错的，然后在医疗里面我们也做了一个呼吸道炎症方面的检测，目前跟一家国际的巨头公司在合作，相关的可穿戴设备在未来应该也能看得见。除了在医疗这块领域，我们在食品检测领域也有设备在供应给一些企业使用，但里面涉及到一些保密的问题，我就不方便透露了。

幻实（主播）：

今天看到有一些做气体传感器的企业偏向于大宗的气体，而咱们已经在寻求一些医疗诊断和生命健康的特种的市场，但这些回报周期其实蛮长的，你们是怎么做慢回馈、长周期的准备的？如果需要融资可以说一下，我们也有很多投资人听我们栏目。

郭功剑（嘉宾）：

好的。我们现在是两条腿走路，未来的最大的市场开拓空间绝对是在院端，甚至一些基层医疗卫生机构的场景，还有居家的场景。但是我们作为一个初创公司，不可能战线拉得这么长，所以我们现在在非医疗场景，如食品检测里面，在这一年来也取得了很大的突破。在很多行业内的头部企业我们也有项目落地，同时我们也会积极地争取一些政策，因为我们是浙大团队创业，所以当地政府给我们的政策挺好的，整个团队在未来三年相对来说比较安全。但是为了让整个团队发展得更加的壮大，让整个产业发展得更快，让我们的产品更加的丰富，推向市场，我们现在也在融资。目前有个好消息，有一个政府基金对我们非常的认可，所以融资方面也有一个突破性的进展。有资金的加持之后，我相信我们的公司发展会更快。

幻实（主播）：

收听我们芯片揭秘的投资人，如果对这个产品、这个技术方案感兴趣，欢迎和我们联系。在了解了这么难、这么长回报周期的基础上，还愿意去做，我觉得这个本身就是一种挑战。在会前我也和郭总讨论了一下，他说他这款是全球首创的机器设备，这个勇气我是非常敬佩的。最后能不能跟我们分享一下未来3到5年的规划和部署，再让我们更多的期待一下。

郭功剑（嘉宾）：

我们的未来的终局还是以终为始，希望把我们的技术运用到健康诊断、慢病管理、提升企业的经营效率和降本增效上。第一，我们做了几个布局，会把这些设备下沉到基层的医疗卫生机构，因为现在很多的三甲医院诊断能力是已经非常的不错了，但下层的乡村卫生院甚至村卫生室是缺这种诊断技术的，我们会跟我们合作伙伴一起铺到低层的医疗卫生机构，同时我们这个设备会走进千家万户，让百姓可以足不出户，或者在方圆5公里之内可以享受到三甲医院的检测能力，这是我们产品未来的市场推广方向的一个布局。第二，因为有很多场景需要去开发、去共创，所以我们现在就开始逐步地建立我们自己的嗅觉生态，我们也会跟很多生态的合作伙伴去共创这些场景，然后把产品推向市场，形成一些标准。基于这些规划我们也做了很多的战略方面的部署。

新一代智能嗅觉传感平台（图源：汇馨传感）

幻实（主播）：

您讲的也是很清楚的。未来在一带一路走出去的环境下，可能还会诞生很多新的场景和需求，而且中国也一直都是医疗出海的路线，说不定还会有非常好的一些场景出来。谢谢郭总给我们分享了这么多，让我们了解到了用一个新的技术方向来解决新的问题。这个行业好卷呢，你们作为后进者要PK掉图像、视觉，比他们便宜才能杀出来，这是很不容易的一件事，所以为你们点赞，期待你们发展得更好。

嗅觉传感器是一种模拟人类嗅觉系统的技术设备，能够检测和识别空气中的气体和化学物质。它通过感知空气中的挥发性分子并转换为可处理的信号，从而实现对特定气味或化学成分的检测。这种传感器广泛应用于许多领域，包括医疗诊断、食品安全、环境监测、工业应用等。虽然嗅觉传感器技术虽然在医疗、环境监测等领域具有广泛应用，但也面临一些挑战。但是，嗅觉传感器的成本较高，并且在多种气体检测中可能需要针对性设计。传感器的灵敏度和使用寿命之间存在权衡，这使得其在某些应用场景中可能难以保持高性能。

据《中国气体传感器行业市场发展现状与前景分析报告》，目前，我国嗅觉传感器市场正处于快速发展之中，在2024年市场规模达到约50亿元人民币，较2023年同比增长约18%-20%。虽然目前普及率较低，但随着技术的成熟和成本的降低，预计到2027年，嗅觉传感器在医疗设备和环境监测中的普及率可达到20%-30%。随着国内物联网和传感器材料研发，传统的金属氧化物半导体（MOS）传感器和电化学传感器正逐渐被新型材料和纳米技术所替代，这些创新材料使得传感器能够更精确地识别多种气体，应用范围也更加广泛。此外，人工智能和机器学习的结合使得嗅觉传感器能够进行复杂的气味数据分析，提升了传感器的智能化水平。未来，嗅觉传感器产业应加强技术研发，降本增效，积极开拓更多新兴市场。

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采访 | 幻实 编辑 | 婉丽 审核 | 幻实

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