CN1332644A - 用于气味复制的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用来产生一个添味剂浓度向量的系统,该系统包括:一个添味剂指纹发生器,提供一个表示任意气味的添味剂指纹;及一个添味剂浓度向量发生器,接收添味剂指纹,并且产生一个添味剂浓度向量。也公开了一种用来复制气味的方法,该方法包括提供一个表示任意气味的添味剂指纹。

Description

用于气味复制的方法和设备

本发明一般涉及用于香味、香气、气味及臭味的产生、散发、传送、复制及存储器存储的设备和方法。

用来检测气味的方法和设备在先有技术中是熟知的。例如，检测、辨别、或分类一种具体气味可以借助于化学分析气味的气相色谱装置和质谱仪、及提供气味的特征化指纹的电子或人造“鼻”完成。

当前不存在用来读和解释发送到大脑的人鼻子感受器的准确方法。也不可能完全理解大脑的嗅觉相关活动。因此，不可能使呈现给人鼻子的每种添味剂与其对应感觉神经活动相关。一种用来译码人类嗅觉感觉的可选择方法是，通过接收来自人类课题的训练小组的感觉反馈。该课题小组为每一种添味剂提供一个指纹，这可以看作对于已经由神经记录产生的一种的替换。这通过给小组提供一个质量描述符清单、并且要求每个人用已知的质量描述符提供试验添味剂相对于特定组添味剂的相似或相异的数值估计实现。通过跨过整个人类小组平均，一种添味剂变得由一个添味剂向量表示。

用来把香味输送到用户的鼻子的添味剂输出装置也是众所周知的。例如，一种联系虚拟真实系统使用的香味输出装置在授予Watkins的美国专利5,591,409中描述。授予Lee等的美国专利5,724,256描述了一种能在多媒体系统中使用的香味混合装置。

试图把气味检测装置与气味输送装置链接的系统在先有技术中是已知的。例如，“Transmission of Olfactory Information forTelemedicine(用于远程医学的嗅觉信息传输”，Keller等，InteractiveTechnology and the New Paradigm for Healthcare(用于保健的交互技术和新示例)，K.Morgan等，eds.，IOS Press and Ohmsha，Amsterdam，1995，第27章第168-172页，思考了用检测装置检测已知、预定气味；把与已知气味有关的气味信息传送到一个添味剂输出装置；及使用输出装置复制已知输入气味。重要的是要注意，先有技术的该参考资料和上述香味混合装置力求实现预定输入的准确复制。

在过去几年，已经有多次偿试以便发现对于气味感觉的解释。大多数理论使用对视觉的模拟，并且假定在嗅觉中有基味，就象在视觉中有基色(红/绿/蓝或RGB)那样。从John AMoore在60年代的开创工作开始，研究者已经调查了添味剂分子的物理和化学影响，试图发现在这些影响与添味剂质量感觉之间的相关(AMoore JE，Specific anosmia：a clue to the olfactory code，Nature，1967，214(93)：1095-8)。

然而，在多于30年后，仍然没有接收的方式来定义基味和利用一个代码来随意混合添味剂，以便创造一种任意气味感觉。已经有关于RGB气味样式的异想天开的和愚人节式的论文。例如，在1998年5月，在因特网上出现了一个具有域名www.vol.it/sbdi/44r/sbdi44it.htm的网站，该网站描述了一种具有7种基本“RGB”气味-樟脑、沼泽、花、薄荷、醚、腐烂味、和刺激味的气味系统。注意，这种声称是原始AMoore提出的七个基味方案的苍白模仿，后者早就在先有技术中就认为是过分简单的，并且甚至是错误的。在因特网中记录的另一个笑话是在www.realaroma.com处的RealAroma的网站，该网站描述了一种具有3种基本“RGB”气味的机器。然而，不管这种公开的闹剧，先有技术当先不知道与基色相似的任何基味。

总之，显然先有技术没有严肃地解决气味传送的基本问题：如何传递和复制不是预定的或以前知道的任意气味。

本发明寻求提供用来指令添味剂混合装置按正确量和比例混合预定添味剂的方法，以便把任何气味输入，甚至未知气味，转换成忠实复制输入气味的添味剂输出。

注意贯穿该说明书和权利要求书，互换地使用术语香味、香气、滋味、味道、气味及臭味。术语“添味剂”指示通过一个添味剂输出装置有助于气味散发的物质。添味剂不必给出气味，但可以催化气味的散发。添味剂可以是一种纯物质，或者是物质的混合物。

本发明用来复制气味的方法取决于添味剂的亲合力指纹的数学解释。添味剂的亲合力是在添味剂分子与一个传感器或感受器的表面之间的相互作用的强度。因此，特定添味剂与一组感受器或传感器的总亲合力叫做添味剂的亲合力指纹或添味剂指纹。该添味剂指纹能由叫做一个添味剂向量的向量表示。

在本发明的一个最佳实施例中，一个添味剂浓度向量发生器接收由一个气味传感器检测的任意输入气味r的向量表示的一个添味剂指纹。任意输入气味不必是预定的或以前知道的。添味剂浓度向量发生器计算一个浓度向量，该浓度向量用来指令一个添味剂输出装置如何以适当比例混合添味剂，以产生近似于输入气味的一种合成输出气味。添味剂输出装置带有一个包含多种预定添味剂的调味架，每种预定添味剂具有表示为一个向量的预定添味剂指纹。预定添味剂最好通过使用用来特征化气味r的指纹的相同方法预定义，由此创建一个添味剂向量矩阵，该矩阵特征化调味架的添味剂。乘以浓度向量的该矩阵创建一个输出添味剂向量，该向量特征化近似输入气味r的一个输出气味r’。输出气味r’因而是不同浓度添味剂的一种组合，浓度由浓度向量定义。

输出气味r’不必是输入气味r的准确复制品。具体地说，在输入气味r与输出气味r’之间由足够代表性人口感觉的差别叫做容差δ。本发明提供用来使容差δ最小的方法，从而足够代表性人口感觉输出气味r’作为对于输入气味r的一种适当替代。

如下是借助于本发明可能而借助于先有技术不可能的气味传送类型的说明性例子。电影导演愿意把香味添加到多部电影中的场景中。在先有技术中，导演必须预先决定要传送的气味。如在本发明的背景中描述的那样，导演然后必须给所有末端用户提供复制所有已知气味需要的添味剂。如果希望传送1000种气味，那么导演要么提供1000种散发相同气味的添味剂要么稍微推算为了复制1000种气味如何混合较小量的基本添味剂的适当比例。在先有技术中，导演无法知道是否需要50、600或900种预定气味复制1000种给定气味，并且无法知道适当的比例是什么。

相反，导演能使用本发明的方法说教，以便知道是否真实地需要1000种预定气味或者是否49种就足够了，和知道为实现希望输出添味剂要混合的哪些添味剂的什么比例，而不用耗时和费力的试错。更重要的是，导演不限于知道输入气味。而是，未知气味，如由惊奇或现凑的气味，也能使用本发明的方法被传送和被忠实地模仿。

因而按照本发明的一个最佳实施例，提供有：一个系统，用来产生一个添味剂浓度向量，包括一个提供表示任意气味的添味剂指纹的添味剂指纹发生器；和一个添味剂浓度向量发生器，接收代表一个向量的添味剂指纹，并且产生一个添味剂浓度向量。

按照本发明的一个最佳实施例，也提供有：一个系统，用来复制气味，包括一个提供表示由此检测的任意气味的检测气味输入指纹；一个添味剂输出装置，带有一个包含多种预定添味剂的调味架，每种添味剂带有一个预定添味剂指纹，添味剂输出装置响应一个添味剂浓度向量提供一种合成气味；及一个添味剂浓度向量发生器，接收代表一个向量的检测添味剂指纹，并且利用也表示为向量的预定添味剂指纹以产生添味剂浓度向量。

按照本发明的一个最佳实施例，气味复制系统也包括一个添味剂指纹正规器，该添味剂指纹正规器改进检测添味剂指纹，从而正规化传感器的输出，由此正规与由人类感觉的类似的气味，由在向量意义上逼近的改进检测添味剂指纹表示。

而且按照本发明的一个最佳实施例，以与检测添味剂指纹的正规化类似地正规化输出装置的预定添味剂指纹。

向量意义上的逼近作为以上使用的术语，是指在某一度量空间或广义度量空间中的距离较短。这此空间能是例如闵可夫斯基度量、欧几里得度量、广义欧几里得度量、添加段度量等。该距离能是例如欧几里得距离、广义欧几里得距离、闵可夫斯基距离、超阈值欧几里得距离、超阈值平均差、最大距离等。

另外按照本发明的一个最佳实施例，调味架的添味剂最好按照检测的添味剂向量预定义，其中调味架包括由q个添味剂向量(ω_1，1，ω_1，2，…ω_1，n)、(ω_2，1，ω_2，2，…ω_2，n)、…(ω_q，1，ω_q，2，…ω_q，n)的一个矩阵M定义的q种添味剂。

按照本发明的一个最佳实施例，浓度向量发生器产生指令调味架如何混合q种添味剂的一个浓度向量b，以便产生模仿输入气味r的输出气味r’，其中乘以浓度向量b的矩阵M产生添味剂向量ω’＝(ω’₁，ω’₂，…ω’_n)，并且浓度向量发生器选择浓度向量b，以便使距离||M·b－ω||＝||ω’－ω||＝δ最小。

而且按照本发明的一个最佳实施例，δ是最小化的距离，从而足够代表性人口感觉气味r作为对气味r’的一种适当替代。

进一步按照本发明的一个最佳实施例，δ是一个适当的距离或广义距离函数，如按照度量空间，例如闵可夫斯基度量、欧几里得度量、广义欧几里得度量、添加段度量等定义的欧几里得距离、广义欧几里得距离、闵可夫斯基距离、超阈值欧几里得距离、超阈值平均差、最大距离等。

另外按照本发明的一个最佳实施例，添味剂指纹正规化器求得一个在代表一类添味剂指纹的一类数值向量上运算的函数f，以形成表示另一类添味剂指纹的另一类数值向量，不必具有与第一类向量相同的维数，具有如下性质：如果ω₁和ω₂是对应于气味r₁和r₂的气味传感器的输出，那么如果并且仅如果f(ω₁)和f(ω₂)是数值逼近的，则气味r₁由人类鼻子感觉接近气味r₂。

按照本发明的一个最佳实施例，通过把来自各种输入添味剂的检测气味向量ω与对于相同的各种输入气味通过从人类小组收集数据产生的其他向量相比较，建造函数f。

而且按照本发明的一个最佳实施例，通过把来自各种输入添味剂的检测添味剂向量ω与对于相同的各种输入气味通过从实际人嗅觉感受器收集数据产生的其他向量相比较，建造函数f。

更进一步按照本发明的一个最佳实施例，通过把来自各种输入添味剂的检测添味剂向量ω与对于相同的各种输入气味通过从人嗅觉感受器的模拟收集数据产生的其他向量相比较，建造函数f。

而且进一步按照本发明的一个最佳实施例，通过如下方法之一和来自计算代数的已知方法建造函数f。多项式近似法、模糊逻辑、或神经网络。在该上下文中神经网络实施的一个例子是具有一个线性输出层和一个S形传递函数隐藏层、或诸层的前馈网络。这样一种构造已知能够把希望类型的任何连续函数近似到任何希望精度。这里输入是电子鼻的指纹的集合，并且输出是由人类小组得到的指纹集合。可以用于该目的的另一种可能神经网络是径向基础网络，也已知该网络能够近似任何连续函数。

而且进一步按照本发明的一个最佳实施例，函数f的建造可以包括使用诸如PCA(原理分量分析)、MDS(多维定标)及神经网络之类的方法以减小维数计算。

另外按照本发明的一个最佳实施例，提供有一个输出装置，包括：一个添味剂点位的阵列，每个添味剂点位包括在外壳中的一种添味剂，外壳仅在预定级的能量施加到外壳上时才允许添味剂穿过；和一个起动器，选择性地把预定级的能量施加到外壳上。最好起动器至少施加热能、光能及机械能之一。

按照本发明的一个最佳实施例，起动器包括一个刻划工具。

而且按照本发明的一个最佳实施例，外壳具有在施加预定级能量时局部破裂的性质。

而进一步按照本发明的一个最佳实施例，外壳具有在施加预定级能量时增大的渗透性。

而且按照本发明的一个最佳实施例，起动器包括一个产生激光束照射和把光束指向外壳的激光器。

按照本发明的一个最佳实施例，把添味剂点位安装在一个基片上，并且添味剂输出装置进一步包括连接到该基片上的一个运动装置，该运动装置相对于起动器运动基片以便选择性地把添味剂点位之一与起动器对准，从而起动器选择性地把预定级能量施加到添味剂点位。

而且按照本发明的一个最佳实施例，把添味剂点位安装在一个基片上，并且添味剂输出装置进一步包括连接到起动器上的一个运动装置，该运动装置相对于基片运动起动器以便选择性地把添味剂点位之一与起动器对准，从而起动器选择性地把预定级能量施加到添味剂点位。

另外按照本发明的一个最佳实施例，提供有一个添味剂输出装置，包括：多个储罐，每个储罐包含一种添味剂；和一个可选择的添味剂释放起动器机构，与所述多个储罐相联，以便从其选择性地释放添味剂。

添味剂释放机构最好包括一个例如通过热能添加或可以采用压电晶体的滴请求(drop on demand)喷墨型机构。

而进一步按照本发明的一个最佳实施例，提供有一个连接到起动器上的控制器，该控制器控制起动器应该选择性地把预定级能量施加在外壳中的何处。

另外按照本发明的一个最佳实施例，一个风扇在气味点位上产生空气流动。

按照本发明的一个最佳实施例，也提供有一个添味剂输出装置，包括：一个添味剂点位阵列，每个添味剂点位包括在外壳材料中的气味，外壳材料仅在预定级能量施加到外壳上时才允许气味从中穿过；和一个起动器，选择性地把预定级能量施加到添味剂点位。

由联系附图所作的如下详细描述将更充分地理解和认识本发明，在附图中：

图1是按照本发明一个最佳实施例建造和可操作的一种气味传送系统的简化方块图；

图2是按照本发明另一个最佳实施例建造和可操作的一种气味传送系统的简化方块图，其中添味剂指纹由一个添味剂指纹正规化器改进；

图3是按照本发明一个最佳实施例建造和可操作的一种气味输出装置的简化说明；

图4是按照本发明一个最佳实施例建造和可操作的、用于本发明的气味输出装置的可选择起动器的简化说明；

图5是按照本发明最佳实施例建造和可操作的一种选择性气味输出装置的简化说明；及

图6是按照本发明最佳实施例建造和可操作的一种选择性气味输出装置的简化说明；

现在参照图1，图1是按照本发明一个最佳实施例建造和可操作的一种气味传送系统的方块图。希望传递一种给定输入气味r。气味r可以以多种方式特征化。例如，气相色谱法能用来把气味r表示为一系列化学成分c₁、c₂、…c_n，如3个单位的H2S、5个单位的3-甲氧基-4-羟基苯甲醛等。要不然，一个人造鼻能用来把气味r表示为“气味特征”s₁、s₂、…s_n的的函数。类似地，一个代表性人口小组能用来把气味r表示为“气味特征”t₁、t₂、…t_n的的函数。简言之，气味r由一个表示为添味剂向量ω＝(ω₁，ω₂，…ω_n)的一个添味剂指纹表示。

应该强调，添味剂向量ω的源是什么不会产生差别。添味剂向量ω能通过检测一个诸如一朵花12之类的物体提供，其气味不必预先知道，如图1中所示。在表明的例子中，可以提供一个诸如人造鼻之类的传感器20。人造鼻的一个例子是借助于在法国Toulouse的Alpha MOS的Fox系统，其描述可在因特网上在www.alpha-mos.com处得到。传感器20通过一个表示为向量ω＝(ω₁，ω₂，…ω_n)的一种添味剂指纹特征化气味r。要不然，代之以通过一个传感器创建一个添味剂向量ω，它可以由一个人创建，例如通过使用添味剂混合装置或已知添味剂向量的一种集合的查阅表，或者甚至通过简单地使用人的想象设想一个新添味剂向量。

最好提供一个包括一个添味剂调味架24的添味剂输出装置22，以便经一个添味剂输出端口26产生至一个末端用户的气味。本发明一个方面的基本特征在于，指令添味剂输出装置22以便尽可能忠实地复制气味r。下文描述这种特征。

添味剂调味架24包括多个q种添味剂。为了把这些q种添味剂用作标准块以复制气味r，最好按照用来特征化气味r的相同类型的ω向量预定义q种添味剂。实际上，这意味着由调味架24的q种添味剂给出的气味在使用调味架24产生气味之前由传感器20预先检测。在数学方面，调味架24包括由q个添味剂向量(ω_1，1，ω_1，2，…ω_1，n)、(ω_2，1，ω_2，2，…ω_2，n)、…(ω_q，1，ω_q，2，…ω_q，n)的一个矩阵M定义的q种添味剂。

按照本发明，一个浓度向量发生器28产生指令添味剂输出装置如何混合调味架24的q种添味剂的一个浓度向量b，以便产生尽可能接近地模仿由人鼻子感觉的输入气味r的一种输出气味r’。矩阵M在浓度向量发生器28中实施，使如下计算是可能的：在数学方面，乘以浓度向量b的矩阵M产生一个添味剂向量ω’＝(ω’₁，ω’₂，…ω’_n)。计算浓度向量b，以便使距离||M·b－ω||＝||ω’－ω||＝δ最小。换句话说，δ是一个使之最小距离，从而足够代表性人口感觉气味r’作为气味r的适当表示。

距离δ在一个度量空间中定义。一般地，使用的度量是欧几里得度量，即||||₂，在这种情况下，适当的最小化技术是最小平方、或变量的微积分。然而，δ也能按照其他度量定义，如最大空间，即|| ||_∞。，在这种情况下，线性编程的技术能用来使距离δ最小。其他可能的度量包括：超阈值欧几里得距离，其中仅考虑在向量中超过一定阈值的那些项；超阈值平均差；来自群分析的Mahalanis距离；加权欧几里得距离；闵可夫斯基距离；广义欧几里得度量及添加段等。本发明认识到这样的可能性：在欧几里得空间中使距离最小的可能不适于模仿气味r。因而，其他技术，如采用人造神经网络、模糊逻辑、或遗传算法，提供在本发明中以便改进输入向量ω，从而δ的适当最小化较好反映足够代表性人口如何感觉输出气味r’。参照图2下面描述输入向量ω的这种改进。

应该注意本发明实施例的几个重要特征：

a.如果矩阵M是非奇异的或满秩的，那么能实现δ＝0，并且能计算一个浓度向量b以实现δ＝0，从而q种添味剂的混合物将总是准确地产生输入添味剂的添味剂向量。如果M是奇异的或非满秩的，那么一般地δ≠0，并且能求出一个使δ最小的浓度向量，从而足够代表性人口感觉气味r’作为气味r的适当表示。

b.本发明允许定义在一个希望容差δ内能产生m种气味的集合的q种添味剂的集合。本发明认识到，对于多种实际用途，人们不需要争取各种存在气味的添味剂的集合，而是争取一种给定的气味集合。尽管如此，理论上有可能使用本发明的方法求出一个通用添味剂调味架，该调味架将能够以足够精度复制任何任意气味。

c.在一个容差δ内能产生m种气味的集合的q种基础添味剂的集合不必是唯一的。几种q种添味剂的集合可以适当地“做工作”。本发明也允许用户求出这些集合及任意优化和组合他们。

d.本发明允许系统在它操作时学习。在新气味的每种表示中，系统检查当前气味调味架和估计其有效性。它计算哪种添味剂可以省略和哪种新添味剂能添加到调味架上，以便建造一种更准确的气味复制。

e.本发明也认识到，常常希望使一个调味架包含一些以较大量存在的“主要”添味剂，带有一个较小量的副“调味品”添味剂。这能通过使用对于“人鼻空间”正规化的添味剂向量实现，以产生类似气味的群。调味架的主要气味然后将包括最好表示成群过程的主要分量的少量添味剂。

现在参照图2，图2表明图1系统的改进样式。按照本发明的一个最佳实施例，提供一个人鼻正规化器20，它“正规化”由传感器20产生的向量ω表示的气味指纹。“正规化”意味着修改添味剂向量，从而在两种添味剂向量之间的向量表示的差别准确地反映这两种添味剂向量表示的气味的人类感觉差别。

在数学方面，人鼻正规化器30使用一个在代表一类添味剂指纹的一类数值向量上运算的函数f，以形成表示另一类添味剂指纹的另一类数值向量，不必具有与第一类向量相同的维数，具有如下性质：如果ω₁和ω₂是对应于气味r₁和r₂的气味传感器20的输出，那么如果并且仅如果f(ω₁)和f(ω₂)是数值逼近的，则气味r₁由人类鼻子感觉接近气味r₂，例如||||₂中。

函数f也用来修改添味剂调味架。如上所述，调味架24包括由q个添味剂向量(ω_1，1，ω_1，2，…ω_1，n)、(ω_2，1，ω_2，2，…ω_2，n)、…(ω_q，1，ω_q，2，…ω_q，n)的一个矩阵M定义的q种添味剂。q个添味剂向量也通过函数f处理，由此产生一个包括向量f(ω_1，1，ω_1，2，…ω_1，n)、f(ω_2，1，ω_2，2，…ω_2，n)的修改矩阵，这里称作f(M)，f(M)代之以矩阵M在浓度向量发生器28中实施。然后把输入气味的修改向量f(ω)输入到浓度向量发生器25，如图2中见到的那样，以提供一个较好的浓度向量b，就是说，使距离||f(M)·b－f(ω)||最小。

通过提供一个检测气味并且把他们表示为在一个4维空间中的添味剂向量的电子鼻可以建造一个简单的例子。一个例如由从人类小组导出的向量π的集合表示的“人鼻空间”是7维的，即π向量是7维的。假定调味架由6种气味建造，并且按如下7乘6矩阵表示在π空间中， $f\left(M\right)=\begin{array}{c}\left[\begin{array}{cccccc}41& 21& 15& 51& 44& 28\\ 24& 17& 9& 10& 14& 24\\ 36& 37& 13& 51& 42& 86\\ 22& 31& 22& 52& 67& 45\\ 215& 28& 43& 8& 22& 9\\ 29& 13& 20& 17& 28& 61\\ 92& 43& 21& 36& 19& 16\end{array}\right]\end{array}$ 假定一种新气味r由电子鼻检测，提供如下4-向量。 $\mathrm{\ω}=\left[\begin{array}{c}a\\ b\\ c\\ d\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}9\\ 11\\ 13\\ 8\end{array}\right]$

如果从ω空间至π空间转换的函数f是 $f=\left[\begin{array}{c}\mathrm{bc}-\mathrm{ad}-a^2+d^2\\ \frac{3}{4}(a+b)\\ {(2a-b)}^2\\ 3a+4b-2c\\ {}^{}{b}^2-a^2-c+d\\ b(b-a)\\ b(c-a)\end{array}\right]$

在π空间中的气味r是 $\mathrm{\π}=\left[\begin{array}{c}54\\ 15\\ 49\\ 45\\ 35\\ 22\\ 44\end{array}\right]$

使用一种NNLS算法(非负最小平方)能求出浓度向量b，浓度向量b使在b的元素都是非负的约束下的量||f(M)·b－π||最小。生成向量是 $b=\left[\begin{array}{c}0.1338\\ 0\\ 0\\ 0.8603\\ 0\\ 0.0223\end{array}\right]$

由调味架矩阵乘以该向量这里得到 ${\mathrm{\π}}^{\′}=f\left(M\right)\·b=\left[\begin{array}{c}50\\ 12\\ 51\\ 49\\ 36\\ 20\\ 44\end{array}\right]$

这是最接近π的可能非负向量。

一种得出正规化函数f的方法是通过学习在传感器20的ω向量之间的差实际如何反映在“人鼻空间”中的相同类型向量之间的差，例如通过采用从人类小组导出的向量π的集合，如能从如下例子理解的那样：假定由传感器20产生的具体添味剂向量ω₁包括值(175.3，1.78)，每个标量表示诸如化学浓度、或与一个气味量有关的无量纲数值之类的量。产生该添味剂向量ω₁的相同气味然后由要求产生用于该气味的气味特征的一个向量的足够代表性人口的一个小组判断。该过程产生具有例如值(43.88，60.84)的一个“人类控制”向量π₁。该例子也表明这两个向量ω₁和π₁不必具有相同的长度。

然后假定另一种气味由传感器20特征化为具有值(10.7，5，7.3)的添味剂向量ω₂，向量ω₂当由人类控制判断时产生具有例如值(20，54)的向量π₂。进一步假定第三种气味由传感器20特征化为具有值(4.35，4.99，13.6)的添味剂向量ω₃，向量ω₃当由人类控制判断时产生具有例如值(19.25，54.06)的向量π₃。考虑这些向量，注意到显然不合逻辑的事实：尽管三个ω向量的两个显得不靠近(例如在||||₂度量中)，但两个π向量π₂和π₃极为靠近，而π1远离他们两个。在该简单例子中，可能注意到，这可能与同ω₁的较远5.3的相反的ω₂和ω₃(5和4.99)的第二分量的接近有关。查找函数f的目的在于发现这些关系。在该例子中，对于拟合数值的函数f的一种可能性是f(x，y，z)＝(y³－105，54y－12(x＋z))，它采用ω向量的三个分量x，y，z，并且产生π向量的两个分量。y的支配，可能表示讨论气味的一些关键特征的ω向量的第二分量，现在变得很明显。

以上是呈现来解释产生浓度向量及求出和实施函数f的基本原理的一个简单例子。在实际中，在人类小组的情况下，多个π添味剂向量由小组测试，并且与ω向量比较，以实现函数f。例如，能选择把函数f表示为具有任意数量项的多项式，或多或少特别取决于在系统中使用的处理器的“数字捣弄”能力；及然后使用最好的拟合技术得到最好拟合的多项式。当然由熟悉数学技术的那些技术人员会认识到，其他熟知的技术能用来建造函数f，包括处理当ω空间的尺寸不等于π空间的情况的技术、涉及减小维数的技术。

求得正规化函数f的一种第二方法是通过学习在由传感器20产生的ω向量之间的差如何实际由在人类嗅觉神经细胞中的气味感受器检测。实际人类鼻子的这样一种分析，然后可能通过包括MRI或电磁记录的远程检测，产生构成来自真实鼻子的添味剂指纹的θ向量的集合。使用θ向量，而不是人类小组的向量π，建造函数f，函数f又用来创建f(ω)和f(M)。f(M)然后包括在浓度向量发生器28中，并且把f(ω)输入到浓度向量发生器28中，如以上描述的那样。

要不然，代之以产生实际θ向量的真实人类鼻子的分析，在模拟人类鼻子集合上能进行分析，如通过θ向量空间的化学模拟，即在人类嗅觉神经细胞中的实际应用气味感受器。这样一种分析产生用来建造上述函数f的θs向量的集合。这种模拟基于由Lancet等提出的感受器亲合力分布模型(RAD)[Proc.Natl.Acad.Sci.USA Vol.90，3715：19，1993年4月]。

总之，人鼻正规化器30提供一个修改输入向量ω和添味剂调味架向量以产生一个较好浓度向量的正规化函数f。通过比较来自各种输入气味的向量ω与以如下方法产生的其他向量能学习和建造函数f；

a.从人类小组收集用于各种输入气味的数据。

b.从实际人类嗅觉感受器收集数据。

c.从人类嗅觉感受器的化学模拟收集数据。

通过改进浓度向量以改进气味复制的精度，或者通过使用一个更准确的人造鼻，同样改进q种添味剂的相对量。与q种添味剂有关的矩阵M(或f(M))跨过要复制的输入气味的向量的一些子空间。如果矩阵是非奇异的或满秩的，那么q种添味剂的混合将总是准确地产生输入气味的添味剂向量，并且q种添味剂因而覆盖所有的输入气味。

如果矩阵M是奇异的或非满秩的，那么q种添味剂不覆盖所有的输入气味。已知的数学技术能用来计算q种添味剂按照希望容差δ把所有的输入气味覆盖到什么程度。况且，已知的数学技术能用来研究把新的、另外的添味剂添加到调味架上的效果，并且相反用来研究从调味架减去添味剂的效果。例如，能计算把某些添味剂添加到调味架上是否创建一个非奇异或满秩矩阵，并因而覆盖所有输入气味。作为另一个例子，能研究在添味剂添加，如5种新添味剂，时的调味架的行为。如果5种添味剂大大地增大添味剂调味架的覆盖，那么对于调味架的扩展使用可以考虑他们。相反，如果通过从调味架减去4种添味剂，没有检测到覆盖输入气味的调味架能力的显著降低，那么通过使调味架中的添味剂数量最小能节约成本。简言之，通过使用已知的数学技术，矩阵M和函数f允许初始定义在容差δ内能产生输入气味的集合的q种添味剂的集合、以及修改和优化q种添味剂的集合。这种调味架分析不必必须停止在某一点处。本发明的系统能在工作的同时继续这种分析。引入到用于复制的传感器的任何新气味可以作为一种潜在调味架添味剂被分析，并且系统可以分析提出的新调味架的力量和效率。如果作为新气味添加和/或其他气味省略的结果，新提出的调味架较好，则系统可以输出其发现，并且可以修改调味架。

该系统的另一种可能特征可以是把一个电子鼻的向量转换成另一个电子鼻的向量的能力。这样一种数学任务能使用诸如多项式近似、模糊逻辑或神经网络之类的函数估计技术执行，输入是一个电子鼻的指纹，而输出是一个不同电子鼻的指纹。

现在参照图3，图3表明按照本发明一个最佳实施例建造和可操作的一种添味剂输出装置110，该装置采用上述q种添味剂。

添味剂输出装置110最好包括安装在最好是刚性的基片114上的添味剂点位112的阵列。每个添味剂点位112包括在一个外壳118中的一种添味剂116。添味剂116最好是q种添味剂，并且可以以多种方式选择。例如，可以希望使用添味剂输出装置110以近似多种输入气味，如香味，包括具有已知气味加上具有未知气味的一些的香味。可以选择具有近似至少已知气味的合理预期的最初多种添味剂116。然后，如上文描述的那样，能使用已知的数学技术来计算最初选择的添味剂116按照希望容差δ把输入气味覆盖到什么程度。况且，已知的数学技术能用来研究把新的、另外的添味剂添加到调味架上的效果，并且相反，用来研究从添味剂输出装置110的调味架上减去添味剂的效果。

一个可以按下文进一步描述的各种方式建造的起动器120，处于与添味剂点位112的操作传递中。当起动器120创建一个在外壳118中足以通过添味剂116的开口时，外壳118允许添味剂116通入到周围环境中。

起动器的类型特别取决于外壳的类型。添味剂116可以例如以一个微胶囊(储罐)、一种聚合母体或微囊密封的分散气味聚合物提供。

在图3中，添味剂点位112最好由可以包含在50-1000不同种类添味剂的一种聚合母体的诸层建造。为了描述包含在外壳中的添味剂的量，采用如下术语“气味信号”。把“气味信号”定义为携带人足以闻出浓度的香味的一部分空气。对于多种类型的添味剂，普通人在1升空气中需要在10ngr-10μg之间的香料，以便感觉“气味信号”。因而香味上千次可能呼吸需要的量可以包括在小体积中。基片114能以任何适当的形状-如以紧致盘的形式-形成。

在本发明的一个最佳实施例中，起动器120包括一个产生一个激光辐射束124并且把它指向外壳118的激光器122。外壳118最好是在激光波长下具有高吸收率的光吸收聚合物。高吸收率最好通过把染料添加到在激光波长下具有强吸收率的聚合物上而产生。要不然可以采用在激光波长下固有吸收的聚合物。激光束124是连续的或脉冲的。激光束波长可以是任何适当的波长，但最好在680-1500nm之间。激光束124的脉冲强度和持续时间最好控制从添味剂点位112释放的气味116的量。激光设备能包括光学纤维、透镜及聚焦和成形激光束124的其他装置。

激光束124最好能以三种方式之一释放气味116：

a.引起外壳材料118的聚合物壁的局部爆炸/破裂的气味116的蒸发。

b.引起气味116向上逃逸的外壳材料118的聚合物壁的蒸发或破坏。

c.聚合物壁渗透性的增大，引起气味116的较快扩散。

按照本发明的一个实施例，外壳118也能是热敏聚合物，从而激光束124的吸收按照上述三种方法的任一种把外壳加热到引起外壳变化的温度。热敏微胶囊的例子在授予Wakata的日本专利文件02145383和授予Bayer的EP专利38985中描述，其中由于外壳中的温度变化，从胶囊的芯部释放挥发材料。用在食品工业中的另一种类型的热敏微胶囊包括微胶囊密封的香料，如设计成用来在145°F(63℃)焙烧期间释放的Ottens Flavors MagnaCap^TM。用于这种微胶囊的热敏材料的其他例子在授予Tanaka等的美国专利4,742,043和授予Kurihara等的美国专利4,760,048中描述，其公开通过参考包括在这里。

注意外壳118最好应该具有低导热系数，以防止由激光束124产生的热量通过传导传到外壳中的其他区域。这保证特定添味剂点位112的要求局部化加热。

基片114可以包括按比例分配成诸段的微胶囊密封气味的诸层，每段包括一种不同的添味剂。添味剂输出装置110最好包括一个连接到基片114上的运动装置130，运动装置130相对于起动器120与气味点位112一起运动基片114，以便选择性把添味剂点位112之一与起动器120的激光束124对准。以这种方式，120能选择性地使添味剂点位112的任一种组合释放其中的特定添味剂116。

在一个实施例中，运动装置130最好包括经一个主轴轴线132转动基片114的电机(未表示)。起动器120一般最好通过另一个运动装置134相对于轴线132径向运动。基片114由运动装置130转动，直到希望的香味位置位于激光束124下面。该系统因而类似于在CD唱机或磁盘存储器装置中的系统。

要不然，起动器120可以保持静止，而基片114在一般垂直于轴线132的平面中的笛卡儿坐标或其他坐标中由运动运动装置130运动。

最好提供一根新鲜空气供给导管136，用来在基片114和气味点位112上方引入新鲜、清洁的空气。一个出口导管138最好定位在基片114和气味点位112上方的一个混合区域(或混合室)140处，以便把具有气味的空气输送到用户的鼻子。导管136和138的定向例如相对于基片114能是水平的或竖直的，并且导管甚至可以是同心的。

总之，添味剂输出装置110以不同密度创建来自气味组合的合成气味。起动器120和基片114彼此相对地运动，以便仅在基片114上方把准确量的气味释放到混合区域140。把在混合区域中的气味的混合物输送到用户的鼻子。在每种香味散发之后，经导管136和138的新鲜空气流清理和清除设备110。

添味剂输出装置110也可以包括一个连接到起动器120上的控制器142，控制器142确定由起动器120起动添味剂点位112以释放气味116。

现在参照图4，图4表明用于本发明的添味剂输出装置的一个可选择起动器。这里起动器包括一个刻划工具180，刻划工具180能刻划和破裂气味点位112的处壳118，由此释放添味剂116。要理解，本发明的添味剂输出装置的起动器能使用热能、光能或机械能来起动从添味剂点位112的气味散发。

现在参照表明一种可选择添味剂输出装置的图5。该输出装置包括：多个储罐216，每个包含一种添味剂218；和一个可选择添味剂释放起动器机构220，与用来从其可选择地释放添味剂218的所述多个储罐216的每一个相联。添味剂释放机构最好包括一个常规滴请求喷墨型机构。

在本发明的一个最佳实施例中，一个基片314包括一个在其一侧上的CD ROM存储器316和一个在其相对侧上的添味剂调味架318。提供一对激光器320和322，激光器320作为一个用于添味剂释放的起动器操作，而激光器322操作以在CD ROM存储器316上记录从调味架318的一个给定位置已经释放添味剂。以这种方式，可以提供在调味架318上各种添味剂的有效使用。

熟悉本专业的技术人员将会理解，本发明不是由上文已经具体表示和描述的内容限制。而是，本发明的范围包括熟悉本专业的技术人员在阅读以上描述时想到的且不是先有技术的上述特征的组合和子组合以及其修改和变更。

Claims (55)

1.一种用来产生一个添味剂浓度向量的系统，包括：

一个添味剂指纹发生器，提供一个表示任意气味的添味剂指纹；及

一个添味剂浓度向量发生器，接收所述添味剂指纹，并且产生一个添味剂浓度向量。

2.一种用来复制气味的系统，包括：

一个气味传感器，提供表示由其检测的任意气味的检测添味剂指纹；

一个添味剂输出装置，带有包含多种预定添味剂的一个调味架，每种添味剂具有一种预定添味剂指纹，所述添味剂输出装置响应一个添味剂浓度向量，提供一种合成气味；及

一个添味剂浓度向量发生器，接收所述检测添味剂指纹，并且利用在所述调味架中的所述多种预定添味剂的所述预定添味剂指纹，以产生所述添味剂浓度向量。

3.根据权利要求2所述的用来复制气味的系统，并且也包括一个添味剂指纹正规化器，该正规化器修改检测的添味剂指纹，从而正规化传感器的输出，由此类似于由人类感觉的气味，由在向量意义上逼近的修改检测添味剂指纹表示。

4.根据权利要求3所述的用来复制气味的系统，并且其中在所述调味架中的所述多种预定添味剂的所述预定添味剂指纹，由所述添味剂指纹正规化器正规化，由此类似于由人类感觉的在调味架中的气味，由在向量意义上逼近的修改添味剂指纹表示。

5.根据权利要求3所述的用来复制气味的系统，并且其中逼近的所述修改添味剂指纹，根据如下度量的至少一种在向量意义上逼近：欧几里得距离、广义欧几里得距离、闵可夫斯基距离、超阈值欧几里得距离、超阈值平均差、最大距离。

6.根据权利要求2所述的用来复制气味的系统，并且其中所述调味架的所述添味剂按照多个添味剂指纹预定义，其中所述调味架包括由q个添味剂向量(ω_1，1，ω_1，2，…ω_1，n)、(ω_2，1，ω_2，2，…ω_2，n)、…(ω_q，1，ω_q，2，…ω_q，n)的一个矩阵M定义的q种添味剂。

7.根据权利要求6所述的用来复制气味的系统，并且其中所述浓度向量发生器产生指令所述调味架如何混合q种添味剂的一个浓度向量b，以便产生模仿输入气味r的输出气味r’，其中乘以浓度向量b的矩阵M产生添味剂向量ω’＝(ω’₁，ω’₂，…ω’_n)，并且所述浓度向量发生器选择浓度向量b，以便使距离||M·b－ω||＝||ω’－ω||＝δ最小。

8.根据权利要求7所述的用来复制气味的系统，并且其中δ是最小化的距离，从而足够代表性人口感觉气味r’作为对气味r的一种适当替代。

9.根据权利要求8所述的用来复制气味的系统，并且其中δ是按照如下度量至少一个定义：欧几里得距离、广义欧几里得距离、闵可夫斯基距离、超阈值欧几里得距离、超阈值平均差、最大距离等。

10.根据权利要求3所述的用来复制气味的系统，并且其中所述检测添味剂指纹正规化器执行一个对代表一类添味剂指纹的一类数值向量进行运算的函数f，以形成表示另一类添味剂指纹的另一类数值向量，不必具有与第一类向量相同的维数，具有如下性质：如果ω₁和ω₂是对应于气味r₁和r₂的所述气味传感器的输出，那么如果并且仅如果f(ω₁)和f(ω₂)是数值逼近的，则气味r₁由人类鼻子感觉接近气味r₂。

11.根据权利要求10所述的用来复制气味的系统，并且其中通过把与来自各种输入气味的添味剂指纹相对应的添味剂向量ω与表示对于所述各种输入气味来自实际人类小组的收集数据的其他向量相比较，建造函数f。

12.根据权利要求10所述的用来复制气味的系统，并且其中通过把与来自各种输入气味的添味剂指纹相对应的添味剂向量ω与表示对于所述各种输入气味来自实际人类嗅觉感受器的收集数据的其他向量相比较，建造函数f。

13.根据权利要求10所述的用来复制气味的系统，并且其中通过把与来自各种输入气味的添味剂指纹相对应的添味剂输入向量ω与对于所述各种输入气味由来自人类感受器的化学模拟的收集数据产生的其他向量相比较，建造所述函数f。

14.根据权利要求2所述的系统，并且其中所述添味剂输出装置包括：

一个添味剂点位的阵列，所述添味剂点位的每一个包括一种添味剂，其中在把一个预定级的能量施加到所述气味点位上时气味的释放发生；和

一个起动器，选择性地把所述预定级的能量施加到所述添味剂点位。

15.根据权利要求14所述的系统，并且其中所述添味剂每种密封在一个外壳中。

16.根据权利要求14所述的系统，并且其中把所述添味剂约束在一个矩阵中。

17.根据权利要求14-16任一项所述的系统，并且其中所述起动器施加热能、光能及机械能的至少一种。

18.根据权利要求14-16任一项所述的系统，并且其中所述起动器包括一个刻划工具。

19.根据权利要求14-16任一项所述的系统，并且其中所述添味剂点位具有在施加所述预定级能量时局部破裂的性质。

20.根据权利要求14-16任一项所述的系统，并且其中所述添味剂点位具有在施加预定级能量时增大的渗透性。

21.根据权利要求14-16任一项所述的系统，并且其中所述起动器包括一个产生激光辐射束和把所述光束指向添味剂点位的激光器。

22.根据权利要求14-16任一项所述的系统，并且其中把所述添味剂点位安装在一个基片上，并且所述添味剂输出装置进一步包括连接到所述基片上的一个运动装置，该运动装置相对于所述起动器运动所述基片以便选择性地把所述添味剂点位之一与所述起动器对准，从而所述起动器选择性地把所述预定级能量施加到所述添味剂点位。

23.根据权利要求14-16任一项所述的系统，并且其中把所述添味剂点位安装在一个基片上，并且添味剂输出装置进一步包括连接到所述起动器上的一个运动装置，该运动装置相对于所述基片运动所述起动器以便选择性地把所述添味剂点位之一与所述起动器对准，从而所述起动器选择性地把所述预定级能量施加到所述添味剂点位。

24.根据权利要求14-16任一项所述的系统，并且包括一个连接到所述起动器上的控制器，该控制器控制所述起动器选择性地把所述预定级能量施加到所述添味剂点位哪个上。

25.根据权利要求14-16任一项所述的系统，并且包括一个在添味剂点位上产生空气流动的风扇。

26.根据权利要求2所述的系统，其中所述添味剂输出装置包括：多个储罐，每个包含一种添味剂；和一个可选择的添味剂释放机构，与所述多个储罐相关联，以便从其选择性地释放添味剂。

27.根据权利要求26所述的系统，并且包括一个在所述气味储罐上产生空气流动的风扇。

28.根据权利要求27所述的系统，并且其中所述可选择添味剂释放机构包括一个滴请求喷墨型机构。

29.根据权利要求27所述的系统，并且其中所述添味剂输出装置包括一个带有第一和第二背对着的表面的基片，一个激光读/写存储器形成在其第一表面上，而一个添味剂调味架形成在其第二表面上。

30.根据权利要求29所述的系统，并且也包括第一和第二激光组件，所述第一激光组件可操作地与所述存储器交互作用，而所述第二激光组件可操作地与所述添味剂调味架交互作用。

31.根据权利要求30所述的系统，并且其中所述第一激光组件可操作地把关于所述调味架上的位置记录在所述存储器上，在所述调味架的位置处由所述第二激光组件释放一种添味剂。

32.一种添味剂输出装置，包括：

一个添味剂点位阵列，所述添味剂点位的每一个包括一种添味剂，其中在把预定级的能量施加到所述添味剂点位上时气味的释放发生；和

一个起动器，选择性地把所述预定级能量施加到所述添味剂点位上。

33.根据权利要求32所述的系统，并且其中所述添味剂每一种在外壳中。

34.根据权利要求32所述的系统，并且其中把所述添味剂约束在一个矩阵中。

35.根据权利要求32-34任一项所述的添味剂输出装置，并且其中所述起动器施加热能、光能及机械能的至少一种。

36.根据权利要求32-34任一项所述的添味剂输出装置，并且其中所述起动器包括一个刻划工具。

37.根据权利要求32-34任一项所述的添味剂输出装置，并且其中所述外壳具有在施加所述预定级能量时局部破裂的性质。

38.根据权利要求32-34任一项所述的添味剂输出装置，并且其中所述外壳具有在施加所述预定级能量时增大的渗透性。

39.根据权利要求32-34任一项所述的添味剂输出装置，并且其中所述起动器包括一个产生激光辐射束和把所述光束指向外壳的激光器。

40.根据权利要求32-34任一项所述的添味剂输出装置，并且其中把所述气味点位安装在一个基片上，并且所述添味剂输出装置进一步包括连接到所述基片上的一个运动装置，该运动装置相对于所述起动器运动所述基片以便选择性地把所述气味点位之一与所述起动器对准，从而所述起动器选择性地把所述预定级能量施加到所述气味点位。

41.根据权利要求32-34任一项所述的添味剂输出装置，并且其中把所述气味点位安装在一个基片上，并且所述添味剂输出装置进一步包括连接到所述起动器上的一个运动装置，该运动装置相对于所述基片运动所述所述起动器以便选择性地把所述气味点位之一与所述起动器对准，从而所述起动器选择性地把所述预定级能量施加到所述气味点位。

42.根据权利要求32-34任一项所述的添味剂输出装置，并且包括一个连接到所述起动器上的控制器，该控制器控制所述起动器选择性地把所述预定级能量施加到所述气味点位哪个上。

43.根据权利要求32-34任一项所述的添味剂输出装置，并且包括一个在所述气味点位上产生空气流动的风扇。

44.一种添味剂输出装置，包括：

多个储罐，每个包含一种添味剂；和一个可选择的添味剂释放机构，与所述多个储罐相关联，以便从其选择性地释放添味剂。

45.根据权利要求44所述的系统，并且包括一个在所述气味储罐上产生空气流动的风扇。

46.根据权利要求45所述的系统，并且其中所述可选择添味剂释放机构包括一个滴请求喷墨型机构。

47.一种添味剂输出装置，包括一个带有第一和第二背对着的表面的基片，一个激光读/写存储器形成在其第一表面上，而一个添味剂调味架形成在其第二表面上。

48.根据权利要求47所述的系统，并且也包括第一和第二激光组件，所述第一激光组件可操作地与所述存储器交互作用，而所述第二激光组件可操作地与所述添味剂调味架交互作用。

49.根据权利要求48所述的系统，并且其中所述第一激光组件可操作地把关于所述调味架的位置记录在所述存储器上，在所述调味架处由所述第二激光组件释放一种添味剂。

50.一种用来复制气味的方法，包括：

提供一个表示一种任意气味的添味剂指纹；

提供一个添味剂输出装置，带有一个包含多种预定添味剂的调味架，每种添味剂具有一个预定添味剂指纹，所述添味剂输出装置响应一个添味剂浓度向量提供一种合成气味；及

把所述添味剂指纹输入到一个添味剂浓度向量发生器，后者利用所述预定添味剂指纹产生所述添味剂浓度向量。

51.根据权利要求50所述的方法，并且包括按照多个添味剂指纹预定义所述调味架的所述添味剂，其中所述调味架包括由q个添味剂向量(ω_1，1，ω_1，2，…ω_1，n)、(ω_2，1，ω_2，2，…ω_2，n)、…(ω_q，1，ω_q，2，…ω_q，n)的一个矩阵M定义的q种添味剂。

52.根据权利要求51所述的方法，并且包括产生指令所述调味架如何混合q种添味剂的一个浓度向量b，以便产生模仿输入气味r的输出气味r’，其中乘以浓度向量b的矩阵M产生添味剂向量ω’＝(ω’₁，ω’₂，…ω’_n)，并且选择浓度向量b，以便使距离||M·b－ω||＝||ω’－ω||＝δ最小。

53.根据权利要求52所述的方法，并且包括计算q种添味剂按照δ把输入气味覆盖到什么程度。

54.根据权利要求53所述的方法，并且包括通过研究由此引起的δ最小的变化，研究把新的、另外的添味剂添加到调味架上的效果。

55.根据权利要求53所述的方法，并且包括通过研究由此引起的δ最小的变化，研究从调味架减去添味剂的的效果。

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