一种基于仿生学、大数据和基因工程技术实现气味远程传输的方法与流程

本发明涉及一种气味远程传输的方法，特指一种基于仿生学、大数据、基因工程技术实现气味远程传输的方法。

背景技术：

面对着未来视、听、嗅、味、触五种感官的全网络多媒体信息传输的趋势，实现嗅觉远程传输成为发掘嗅觉领域巨大潜力的重要技术之一。利用传统气味传感器制作的电子鼻等设备虽然在一定程度上完成了气味的识别过程，但将气味作为信息进行远程传输和复现，并将其应用到生产实践中仍然面临很大的挑战。

目前，生物体嗅觉传导机制并不完善，无法通过直接的嗅觉神经刺激来完成气味信息的感知。同时准确地寻找到气味的基本组成单元也存在很大的困难。因此本专利通过采用大数据思想，收集与整理常用领域涉及到的气味信息，逐步建立起气味数据库。气味数据库的建立依靠仿生学原理和基因工程技术构建的气味识别装置，通过采集动物体嗅觉细胞制作细胞型气味传感器阵列，通以不同气体来模拟生物体嗅觉系统的气味识别过程。传感器阵列内的嗅觉细胞将气体的化学信息转化成电信号，构成气味数据库。以气味数据库为指导，选择绿色的气味复现材料作为气味源，构成气味发生装置，在从远程接收到的电信号的指挥下合成特定的气味，完成气味复现。随着仿生学原理的广泛应用，基因工程技术的不断完善，以及大数据处理平台的愈发强大，本发明独创性的气味远程传输技术成为了可能。

技术实现要素：

本发明是一种基于仿生学、大数据和基因工程技术实现气味远程传输的方法，为嗅觉信息的发掘和应用提供了帮助。

具体技术方案如下：

一种基于仿生学、大数据、基因工程技术实现气味远程传输的方法，其步骤如下：

(1)气体分子的收集与净化处理；

(2)应用仿生学构建气味传感器阵列，完成气味的特征性识别，并将气体分子的化学信号转变为电信号；

(3)结合大数据与计算机编码技术，将转变后的电信号统计分类，建立一套电信号编码数据库；

(4)利用互联网传输和编码数据库，以电信号在终端计算机之间远程传输并解码的形式完成气味信号的特征性传输；

(5)通过气味发生装置，完成材料的精确配比以实现气味复现。

如图1，气味远程传输方法的具体流程如下：气味分子通过气味的收集与净化处理，被基于仿生学原理和基因工程技术制备的细胞型气味传感器阵列识别，将气体分子自身的化学信号转化为电信号，应用计算机编码技术将电信号转换成一组二进制编码，并利用大数据的管理与整合功能构建全面的电信号编码库；通过互联网技术将气味电信号编码传递到终端计算机中完成气味的远程传输；随后气味发生装置在终端计算机的电信号编码的指导完成气味的精确复现。

所述建立气味数据库，将多种气味分别通过气味传感器阵列，记录其引起的可测电信号组。采用统一的二进制编码的手段，基于已有的气味信息数据库，将不同应用背景中的气味识别器传出的电信号进行统计和整合，按照二进制编码机制进行全面的编排和补充不断地处理整合成为电信号编码库。

所述气味传感器阵列是将基因工程技术制备合成的动物嗅觉细胞作为气味敏感元件，通过在聚丙烯酰胺等胶体中进行固化，连接在隔膜氧电极的尖端，实现气味信号向电信号的转换，达到传感器阵列的交叉敏感性。

所述气味复现是利用一种便携化、可拆卸的气味发生装置，以无毒、绿色的浓缩液或固体物质作为模拟气味源，制成气味复现的原料，通过系统的精确配比混合形成气味。

所述信息远程传递的实现基础是电路可将电信号实时传递至云端，被终端计算机接收，从而实现以电信号编码为信息载体的气味信号在不同地点间的传输，达到即时远距离传输，减少失真。

本发明的基于仿生学、大数据、基因工程技术实现气味远程传输的装置，是通过利用气味净化装置、气味识别装置、互联网传输装置与气味发生装置之间的数据信号连接实现。

所述的气味净化装置与气味识别装置包括输气管(5)、气味净化桶(2)、内附活性炭层(6)、内附硅胶层(7)、可拆卸端盖(8)、分配控制器(9)、细胞型传感器阵列器阵列(10)、电信号转换器(11)、信号放大器(12)和导线(13)；其中气味通过输气管(5)进入气味净化装置中被采集，利用活性炭层(6)和硅胶层(7)完成气体分子的净化和干燥；得到的纯净气体通过分配控制器(9)完成分流，被细胞型传感器阵列器阵列(10)中的各个固化生物体细胞特异性吸附识别后传输出电信号，通过电信号转换器(11)与信号放大器(12)完成电信号的转换和处理，最后通过导线(13)传输到终端计算机(14)中完成气味信息的最终采集和记录。

所述的气味发生装置包括气味发生腔(4)、输气管(5)、可拆卸端盖(8)、空气储气瓶(15)、进气口(16)、出气口(17)、流量计(18)、气味发生器出气口(19)；从空气储气瓶(15)通过进气口(16)向气味发生腔(4)中鼓入纯净空气，流经气味发生腔完成各气味的再生，通过出气口(17)和流量计(18)进行气味发生器出气端的输出气味流量。

所述的气味发生腔(4)为气味盒子。气味盒子所含(21)气味原料储存器以无毒、绿色的浓缩液或固体物质作为模拟气味源，制成气味复现的原料；经过终端计算机精确控制气味原料储存器的加热温度和推拉杆的推送高度，储存器中的液体或固体气味发生源挥发出具有精确配比的特定气体，被鼓入空气携带，从而混合形成目标气味。

具体说明如下：

具体的基于仿生学、大数据和基因工程技术气味净化装置与气味识别装置；包括输气管(5)、气味净化桶(2)、内附活性炭层(6)、内附硅胶层(7)、可拆卸端盖(8)、分配控制器(9)、细胞型传感器阵列器阵列(10)、电信号转换器(11)、信号放大器(12)、导线(13)；其中气味通过输气管(5)进入气味净化装置中被采集，利用活性炭层(6)和硅胶层(7)完成气体分子的净化和干燥；得到的纯净气体通过分配控制器(9)完成分流，被细胞型传感器阵列器阵列(10)中的各个固化生物体细胞特异性吸附识别后传输出电信号，通过电信号转换器(11)与信号放大器(12)完成电信号的转换和处理，最后通过导线(13)传输到终端计算机(14)中完成气味信息的最终采集和记录。其中，气味净化装置配有可拆卸端盖(8)便于完成内附活性炭层(6)与内附硅胶层(7)的替换，和净化装置内的定时清理，进一步去除以往采集残余下的干扰气体。采用仿生学原理与基因工程技术构建的细胞型传感器阵列器阵列(10)采用固化生物体传感器，将生物体嗅觉细胞在聚丙烯酰胺等胶体中进行固化，连接在隔膜氧电极的尖端，在保持生物活性的同时利用细胞与气体分子的特异性结合，完成复杂气味的精确化识别。其中固化的生物体嗅觉细胞采用基因工程技术制备，利用仿生学原理将多个固化的特异性不同的生物传感器组成阵列，模拟动物气味识别过程并实现多参数的实时传递。该新型气味接收器阵列解决了传统气味传感器过分依赖物理或化学反应完成气味的识别转化的缺点，具有普适性强、依赖性低等优点。类似于已有的气味信息数据库(参见专利号：cn201510019955.6一种基于电子鼻嗅觉指纹信息快速分析杨梅汁香气的方法)，利用完整的二进制信号编码机制，将不同应用背景中的气味识别器传出的电信号进行统计和整合，按照二进制编码机制对已有其为信息数据库进行全面的编排和补充(如附表1，为部分气味信息编码库)不断地处理整合成为一套完整的电信号编码库。信息远程传递的实现基础是互联网可将收集并存储的电信号远距离传输，被终端计算机接收，从而实现以电信号编码为信息载体的气味信号在不同地点间的传输，达到即时远距离传输，减少失真。

采用的一种便携化、可拆卸的气味发生装置包括气味发生腔(4)、输气管(5)、可拆卸端盖(8)、空气储气瓶(15)、进气口(16)、出气口(17)、流量计(18)、气味发生器出气口(19)。从空气储气瓶(15)通过进气口(16)向气味发生腔(4)中鼓入纯净空气，流经气味发生腔完成各气味的再生，通过出气口(17)和流量计(18)进行气味发生器出气端的输出气味流量。气味发生腔(4)内的核心装置——气味盒子，包括进气口(16)、出气口(17)、气味混合器(20)、气味原料储存器(21)、电子继电器(22)、推拉杆(23)。空气鼓入气味发生器后通过进气口(16)流入气味混合器(20)，终端计算机根据接收气味识别装置端的电信号指令通过控制电子继电器(22)上下推动推拉杆(23)，将所需的气味原料储存器(21)推入气味混合器(20)中，最终通过出气口(17)将合成的待用目标气味的气体输送出来。气味盒子所含气味原料储存器(21)以无毒、绿色的浓缩液或固体物质作为模拟气味源，制成气味复现的原料。经过终端计算机精确控制气味原料储存器的加热温度和推拉杆的推送高度，储存器中的液体或固体气味发生源挥发出具有精确配比的特定气体，被鼓入空气携带，从而混合形成目标气味。其中气味盒子需要充分考虑到气体易于扩散的性质，加强其密封性与反渗透性，实现体积小、便携、精确，定向定量释放气味的应用要求。

附表1部分气味信息编码库

所述建立气味信号编码库，将多种气味分别通过气味传感器阵列，记录其引起的可测电信号组。采用统一的二进制编码的手段，基于已有的气味信息数据库(参见专利号：cn201510019955.6一种基于电子鼻嗅觉指纹信息快速分析杨梅汁香气的方法)，将不同应用背景中的气味识别器传出的电信号进行统计和整合，按照二进制编码机制进行全面的编排和补充不断地处理整合成为一套完整的电信号编码库。

所述气味传感器阵列是将基因工程技术制备合成的动物嗅觉细胞作为气味敏感元件，通过在聚丙烯酰胺等胶体中进行固化，连接在隔膜氧电极的尖端，实现气味信号向电信号的转换，达到传感器阵列的交叉敏感性。最大化地利用仿生学原理，模拟动物体的嗅觉传递机制，完成气味信息多参数实时精确化传递。

所述气味复现，本发明利用一种便携化、可拆卸的气味发生装置，以无毒、绿色的浓缩液或固体物质作为模拟气味源，制成气味复现的原料，通过系统的精确配比混合形成气味。并充分考虑到气体易于扩散的性质，加强发生装置的密封性与反渗透性，实现体积小、便携、精确，定向定量释放气味的应用要求。

本发明的优点在于：构建气味信号编码库充分利用了大数据为进一步的嗅觉领域开发奠定了基础；较于传统的气味传感器，利用仿生学原理与基因工程技术构建的气味传感器阵列，可更好地完成气味信息多参数实时精确化识别；气味传输过程采用发达的互联网传输技术，实现即时、精确的远距离信号传递；气味复现过程采用一种便携化、可拆卸的气味发生装置，保证绿色安全的条件下实现体积小、便携、精确，定向定量释放气味的应用要求。由此，完整的气味远程传输过程得以实现，为极具潜能的嗅觉领域的进一步开发提供了技术支持。

附图说明

图1本发明气味远程传输流程图；

图2本发明气味远程传输所需设备连接示意图；

图3气味识别装置结构；

图4气味发生装置外部结构；

图5气味盒子内部结构；

图中包括：1—气味净化装置、2-气味识别装置、3—电信号传导、4—气味发生装置、5-输气管、6-内附活性炭层、7-内附硅胶层、8-可拆卸端盖、9-分配控制器、10-细胞型传感器阵列器阵列、11-电信号转换器、12-信号放大器、13-导线、14-终端计算机、15-空气储气瓶；16-进气口；17-出气口；18-流量计；19-气味发生器出气口、20-气味混合器；21-气味原料储存器；22-电子继电器；23-推拉杆。

具体实施方式

本发明提出了一种基于仿生学、大数据、基因工程技术实现气味远程传输的方法。图2表示出气味远程传输的设备连接图，通过气味净化装置1进行气体分子的收集与净化处理：应用仿生学构建2气味识别装置，通过构建生物传感器阵列完成气味的特征性识别，将气体分子的化学信号转变为电信号；电信号传导3依赖互联网传输技术完成电信号远程传输，并依靠以大数据与计算机编码技术为基础构建的电信号编码库为基础完成电信号的解码；最终气味发生装置4通过气味盒子中材料的精确配比以实现气味的精准复现。

其中如图3，气味净化和识别装置采用简单便携化外形设计，完成气味有效采集的同时利用活性炭层(6)和硅胶层(7)完成气体分子的净化和干燥。得到的纯净气体通过分配控制器(9)完成分流分别被细胞型传感器阵列器阵列(10)中的各个固化生物体细胞吸附识别并传输出电信号，通过电信号转换器(11)与信号放大器(12)完成电信号的处理与传递，最后通过导线(13)传输到终端计算机(14)中完成气味信息的最终采集和记录。其中细胞型传感器阵列器阵列(10)中的固化的生物体嗅觉细胞采用基因工程技术制备，利用仿生学原理将多个固化的特异性不同的生物传感器组成阵列，模拟动物气味识别过程并实现多参数的实时传递过分依赖物理或化学反应完成气味的识别转化的缺点，具有普适性强、依赖性低等优点。

如图4气味发生装置从空气储气瓶(15)通过进气口(16)向气味发生器中鼓入纯净空气，流经气味发生腔(4)完成各气味的再生，通过出气口(17)和流量计(18)进行气味发生器出气端的输出气味流量。其中气味发生装置的核心——气味盒子包括进气口(16)、气味混合器(20)、气味原料储存器(21)、出气管(17)、电子继电器(22)、推拉杆(23)。空气鼓入气味发生器后通过进气口(16)流入气味混合器(20)，终端计算机根据从气味识别装置端接收的电信号指令通过控制电子继电器(22)上下推动推拉杆(23)，将所需的气味原料储存器(21)推入气味混合器(20)，气味原料储存器经过加热，使其中的液体或固体气味发生源挥发出特定气味，在气味混合器中与鼓入空气均匀混合，最终通过出气管(17)将合成的目标气味的气体输送出来。

实施例：气味远程传输方法在远程排雷中的应用。

由于战争因素的影响，遗漏在地面下的地雷等易爆物造成了严重的安全隐患，排雷工作显得格外重要。同时近距离排雷工作造成的人员伤亡十分巨大。

将气味远程传输方法应用于远程排雷的工作中具体步骤如下：(1)地雷等易爆物残余气体分子的收集与净化，去除灰尘等杂物。(2)通过气味识别装置中的气味传感器阵列完成气味的特征性识别，将气体分子的化学信号转变为电信号编码。(3)利用互联网传输技术实现电信号的远距离传输，实现易爆物的远距离检测和排查。

具体实施步骤包括：地雷主要释放硝石与二氧化硫的气味，通过将气味识别装置集成在无人机上，对可能有遗留地雷的区域，进行采集和识别，细胞型气味传感器阵列识别后将气味信息转化成电信号：010100000000、010100010000，第一位至第四位0101代表采集到的气味来源领域的编号(大类)即排雷工作、第九位至十二位0000代表硝石气味、0001代表二氧化硫气味，由于火药气味主要来自于以上两种气味的混合，因此不在涉及小类的区分第五位至第八位均默认为0000。电信号通过传感器储存，远程计算机通过实时监控传感器反馈的电信号定位产生以上两种电信号的具体坐标位置，进行排雷工作。同时由于硝石气味长时间吸入会对人体造成伤害，可以选用绿色健康的物质进行替换，通过电信号的指示利用气味发生器释放类似炸药的气味，训练排雷犬等。

本发明公开和提出一种气味远程传输的方法，特指一种基于仿生学、大数据、基因工程技术实现气味远程传输的方法。以上内容均为对本发明的原理、可行性实施方式、创新点的具体说明，并不用于限制本发明的保护范围。本领域技术的人员可以通过借鉴本文内容，在不脱离本发明内容、精神和范围内容的前提下对本文所述的方法和技术的路线进行变更和等效替换，并都将视为包括本发明保护范围之内。