第一節提到人工嗅覺和人工味覺的工作原理，是建立在模擬生物的嗅覺和味覺形成過程的基礎上的，也就是說人工嗅覺和人工味覺是一仿生過程。
一、人工嗅覺、人工味覺傳感器及傳感器陣列
（一）嗅覺傳感器及嗅覺傳感器陣列
嗅覺傳感器又稱氣體傳感器。早期對氣體的檢測主要采用電化學法或光學法，檢測速度慢、設備複雜、成本高、使用不方便。隨著科學技術的迅速發展，在工農業生產和社會生活中，氣體汙染環境的問題越來越受到重視。隨著對煤氣、液化石油氣和天然氣的開發利用，各種氣體災害的危險性也隨之增加，人們需要對各種易燃、易爆和有毒氣體進行及時的檢測和監控。因此，氣體傳感器在節能、環保、防災等方麵的應用獲得了迅速的發展。此外，氣體傳感器在食品加工、酒類檢測、化妝品生產、保健衛生等領域也有著十分廣泛的應用前景。
嗅覺傳感器通常是指由氣敏元件、電路和其他部件組合在一起所構成的傳感裝置。氣敏元件指能感知環境中某種氣體（如CO、CO2、O2、Cl2等）及其濃度的一種元件。在實際應用中，氣體傳感器應滿足下列要求：①具有較高的靈敏度和寬的動態響應範圍，在被測氣體濃度低時，有足夠大的響應信號，在被測氣體濃度高時，有較好的線性響應值；②性能穩定，傳感器的響應不隨環境溫度、濕度的變化而發生變化；③響應速度快，重複性好；④保養簡單，價格便宜等。目前研製的半導體氣體傳感器還不能完全滿足上述要求，尤其是在穩定性和選擇範圍方麵還有不少問題，有待進一步解決。
用作人工嗅覺氣體傳感器的材料必須具備兩個基本條件：
(1)對多種氣味均有響應，即通用性強，要求對成千上萬種不同的嗅味在分子水平上作出鑒別；
(2)與嗅味分子的相互作用或反應必須是快速、可逆的，不產生任何“記憶效應”，即有良好的還原性。
根據材料類型的不同，現有的傳感器（指氣體傳感器，下同）可分為金屬氧化物型半導體傳感器、有機導電聚合物傳感器、質量傳感器（包括石英晶體諧振傳感器和聲表麵波傳感器）、金屬氧化物半導體場效應管傳感器、紅外線光電傳感器和金屬柵MOS氣體傳感器等。
金屬氧化物型半導體傳感器是目前世界上生產量最大，應用最廣泛
半導體傳感器的氣體傳感器，它是利用被測氣味分子吸附在敏感膜材料上，導致金屬氧化物半導體的電阻發生變化這一特性而實現檢測的。這種傳感器選擇性不高，恢複時間長，工作時需要加熱，體積大，組成陣列時不易布置，並且信號響應的線性範圍很窄；但是由於這類傳感器的製造成本低廉，信號檢測手段簡單，工作穩定性較好，檢測靈敏度高，因此是當前應用最普遍、最具實用價值的一類氣體傳感器。其主要測量對象是各種還原性氣體，如CO、H2、乙醇、甲醇等。
有機導電聚合物傳感器的工作原理是：工作電極表麵上雜環分子塗層在吸附和釋放被測氣體分子後導電性發生變化。導電聚合物材料是有機敏感膜材料，如吡咯、苯胺、噻吩等。這種傳感器的特點是體積小，能耗小，工作時不需加熱，穩定性好，吸附和釋放快，被測對象的濃度與傳感器的響應在很大範圍內幾乎呈線性關係，給數據處理帶來極大的方便。近年來，這類傳感器陣列的應用有增加的趨勢。
脂塗層傳感器又稱質量傳感器，典型的脂塗層傳感器有聲表麵波型和石英晶體諧振型兩種。聲表麵波(Surface Acoustic Wave， SAW)氣體傳感器發展至今已有20多年的曆史，1979年由Wohhjen和Dessy成功地將表麵塗有有機聚合物的SAW元件用作氣相色譜分析儀的檢測器，從而揭開了SAW氣體傳感器的第一頁。聲表麵波型傳感器工作原理是：在壓電晶體上塗敷一層氣體敏感材料，當被測氣體在流動過程中被吸附在敏感膜上時，壓電晶體基片的質量就發生變化，由於質量負荷效應而使基片振蕩頻率發生相應的變化，從而實現對被測氣體檢測。SAW雖然也可以檢測某些無機氣體，但主要的測量對象是各種有機氣體，其氣敏選擇性取決於元件表麵的氣敏膜材料，它一般用於同時檢測多種化學性質相似的氣體，而不適於檢測未知氣體組分中的單一氣體成分。石英晶體諧振型傳感器的工作原理是在石英振子上塗敷一層敏感膜（如脂類、賽璐珞等），當敏感膜吸附分子後，由於質量負荷效應，諧振子的振蕩頻率就成比例的變化，從而實現對被測氣體的檢測。諧振子上塗敷的敏感膜材料不同，傳感器的性能就不同。
紅外線光電傳感器的工作原理：在給定的光程上，紅外線通過不同的媒質（這裏是氣體）後，光強以及光譜峰的位置和形狀均會發生變化，測出這些變化，就可對被測對象的成分和濃度進行分析。其特點是在一定範圍內，傳感器的輸出與被測氣體的濃度基本上呈線性關係，但這類裝置體積大、價格昂貴、使用條件苛刻，使其應用範圍受到限製。
這幾種傳感器的共同特點是對溫度和濕度的敏感性強，所以測試時必須嚴格控製溫濕度的影響。
如前所述，生物嗅覺係統中的單個嗅覺受體細胞的性能（如靈敏度、感知範圍等）並不高，但是，生物嗅覺係統的整體性能卻令人驚歎不已。與此相同，我們也不應該刻意追求單個氣體傳感器的性能越高越好，而是把多個性能有所重疊的氣體傳感器組合起來構成嗅覺傳感器陣列。第一節中提到嗅覺傳感器陣列與單個氣體傳感器相比，不僅檢測範圍更寬，而且其靈敏度、可靠性都有很大提高。因此，最近對氣體或氣味進行檢測時，大多數人都趨向於用嗅覺傳感器陣列裝置。嗅覺傳感器陣列裝置的發展趨勢是集成化、監測範圍寬和攜帶方便。
（二）味覺傳感器陣列
與人在表達味覺時並不必區分每一種化學物質一樣，人工味覺傳感器所測得的也不是某一化學成分的定性定量結果，而是整個所測物質味道的整體信息。另一方麵，在食物中大致有1000種以上的化學物質，並且味覺物質之間還存在著相互作用，因而使用這麼多的化學傳感器也是不切實際的。前麵提到，實現人工味覺的最有效、研究得最多的是多通道類脂膜味覺傳感器陣列，它能部分再現人的味覺對味覺物質的反應。在四種基本的味覺（甜、鹹、酸和苦）中，最難檢測的是苦味，因此，這裏著重討論一下多通道類脂膜味覺傳感器陣列對苦味的檢測機理。
研究結果表明苦味物質能使磷脂膜的阻抗增加。從食品化學可知，產生苦味的物質很多，主要有奎寧、馬錢子堿或尼古丁等有機苦味物質和鹵鹽等含堿土金屬離子（Ca2+、Mg2+）的無機苦味物質。雖然它們具有不同的分子特性，但都可以引起磷脂膜阻抗增加，如奎寧、馬錢子堿或尼古丁是強抗水的，它們是通過進入膜的烴基鏈層，占據膜上的小孔，使類脂膜呈壓縮狀態，從而使膜的阻抗增加；而含堿土金屬離子的苦味物質由於Ca2+、Mg2+等堿土金屬離子易受磷脂分子束縛，一方麵該苦味物質在磷脂膜分子間的窄槽內壓縮類脂分子，使膜的阻抗增加，另一方麵，該苦味物質和類脂分子之間的離子交換使膜阻抗增加。因此可以認為，磷脂膜的阻抗增加可以模擬生物生理係統苦味感覺產生的過程。但是基於磷脂膜阻抗測量的苦味傳感係統尚有以下幾個問題：
（1）有些並不產生苦味感的味覺物質，比如蔗糖、穀氨酸鈉(味精)，也能使磷脂膜阻抗增加，可能是它們對磷脂膜有很高的親和力，可以吸附在膜表麵。因此，目前的傳感係統不能很好地將苦味物質從高吸附性物質中區分出來。
（2）具有相對低的毒性的苦味物質，比如咖啡因、可可堿和L-氨基酸，它引起膜阻抗的增加量比那些高毒性物質的要小。目前傳感係統的靈敏度對檢測低毒性苦味物質還不夠有效。
（3）一些苦味物質引起的阻抗變化雖然較大，但它們引起的阻抗變化在特定濃度點時是不連續的，我們稱這種不連續變化為“躍遷”，即濃度與膜阻抗變化呈現極強的非線性。這種變化的不連續性給檢測苦味帶來了困難。