今天是世界廁所日。廁所與我們的日常生活息息相關，承載著“接收”人類排泄物的“泰山重任”。然而，廁所也給我們帶來許多困擾，下面讓我們了解幾種有望解決這些困擾的廁所“黑科技”及人工智能（AI）廁所的新動向吧！

01 呲溜，趕緊給我“滑”下去！

曾幾何時，網上流傳這樣一個段子：一個人工作壓力大，跑到廁所偷偷哭，結果每間廁所都有排泄物，這個人就更加崩潰了……

相信大家或多或少都有過這樣的經歷，在學校或單位的廁所，開門進去發現蹲坑里還有殘留物，氣憤之余連沖三四次水，殘留物愣是巋然不動，根本沖不掉哇！如果這時候出現這樣一種馬桶：質潤如玉，油光晶亮，遇到排泄物也不粘，“呲溜”一下就滑入水中，該有多好啊!這樣不僅能夠節省清洗馬桶的人力，還可有效的節約水資源。

研究人員研發的這種“呲溜”馬桶的表面采用了液體固化光滑表面（LESS）技術，即在馬桶表面噴涂了一種新型材料，其主要成份是硅油和聚二甲基硅氧烷[1]。作為一種可噴涂的涂層，這種材料可以有效排斥雨水、肥皂水、染色水和合成糞便，如圖1所示，與市面上性能最好的商用疏水馬桶對比，無論是水滴還是動力粘度覆蓋9個數量級（10-3-105 Pa·s）的合成糞便，LESS涂層的廁所均能夠達到很好的排斥效果，即能夠將糞便這樣的粘彈性流體的附著力降低約90%，基本做到了“不粘連”。而且LESS涂層對于節約水資源的作用也十分有效，與未經處理的對照表面相對比，LESS涂層的廁所能夠減少約90%的清潔用水量。同時LESS還具備良好的抗菌性能和耐用性。相信這種涂層材料大規模使用的時候，大家也不用一開廁所門就“眉頭緊鎖”了。

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圖1 最先進的商用疏水馬桶LESS涂層的馬桶液體和合成糞便的排斥性對比（圖片來源：參考文獻[1]）

02 用微生物魔法驅散“臭烘烘”

廁所臭氣主要成分包括硫化氫、氨氣、甲烷等氣體，廁所臭氣的存在不僅會影響人體健康，還會對環境造成污染。廁所除臭也是一個提升如廁舒適度的手段。

現有的臭氣治理技術包括物理法、化學法和生物法[2]。物理法是指通過物理手段將臭氣遮蔽、轉移或稀釋的方法，例如使用芳香味的氣體物質掩蓋臭氣、使用活性炭吸附臭氣，以及在廁所里配備通風系統等。此外，廁所擋板下的空隙也具備通風透氣的功能。化學法是指采用特定溶液與臭氣發生化學反應的方法，該方法效率高且成本低，且同時需要更換吸收劑，還需注意吸收臭氣生成產物所帶來的二次污染。

生物法是指將臭氣吸收作為微生物代謝的能源物質，產物一般是水和二氧化碳，該方法成本低廉，處理效果好并且基本無污染。中國科學院成都生物研究所閆志英團隊最近研究了廁所糞便氣味的釋放規律和微生物除臭的效果分析[3]。研究表明，高溫和適宜的濕度能夠加劇糞便臭氣的釋放，例如一些飯店會在男廁小便池堆滿冰塊，這樣可以達到降溫的目的，減少臭氣的釋放。圖2顯示該研究制備的復合微生物菌劑用于廁所除臭的示意圖，可以看出廁所臭氣中氨氣含量降低了80%，硫化氫的含量降低了40%，并且部分微生物能夠在糞污中定殖并持續發揮除臭作用。

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圖2 微生物廁所除臭示意圖（圖片來源：參考文獻[3]）

03 給廁所打滑“頑疾”開處方

同時，廁所中的安全隱患不可被忽視，尤其是在廁所發生的摔倒事故。根據衛生部統計數據，每年因意外滑倒而造成骨折、扭傷住院數據的比例占全部的35%，其中大部分是老人和小孩[4]。拖地后地面沒晾干、雨雪天氣腳踩后殘留的雨水，以及廁所管道漏水等原因都有可能造成廁所地面濕滑。因此，很有必要在廁所采取防滑措施，例如在廁所地面采用防滑磚、鋪設防滑墊子和噴涂防滑劑等。

一些新型防滑陶瓷功能磚的研發[5]為治療廁所打滑的“頑疾”帶來了新希望，其摩擦系數較大（摩擦系數越大，防滑性能越好）,即使在磚面有積水的情況下,行走在上面也不會有打滑的感覺。這些新型防滑磚采用的是在低溫釉中預埋高熔點、高親和性的氧化鋁晶種方法，造成微觀下的局部成分和溫度的差異，從而能夠定點生長出微米級別的微凸起結構，同時還可以通過降低表面能等方式在凸起周圍形成高度封閉的防污層，結合噴墨打印技術可以在防滑磚表面獲得各式各樣的圖案。因此，這樣的新型防滑陶瓷功能磚，同時兼具防滑、防污和美化功能。

04 坐在馬桶上，就知你是誰！AI廁所來了？

廁所中的數字化管理能夠給人們提供更加便捷的服務，從而提升人們的生活品質，例如小便池和馬桶處的自動感應沖水、廁所的濕度傳感器和氣體監測傳感器等。最近研究人員研究了一種智能化的摩擦電壓力傳感器和圖像傳感器，用于AI廁所的家庭健康監測[6]。

常用的身份識別手段是基于攝像頭或者射頻技術，但是由于隱私問題應用場景受限。科研人員基于摩擦電壓力傳感器陣列，利用不同用戶就座方式的不同壓力來識別其生物特征，使用深度學習就可以正確識別用戶。如圖4所示，在馬桶上增加10個基于織物的傳感陣列元件，用戶就座時產生的壓力刺激誘導電荷在外電路中流動，從而將機械能轉化為電能。不同用戶的就座習慣在對不同標號的傳感元件產生壓力不同，通過AI深度學習可以識別6個用戶坐在馬桶座圈上的生物特征信息，準確率超過90%。

采用的圖片傳感器可記錄用戶尿液顏色的動態變化并進行數據分析，AI廁所系統收集到的所有信息將上傳到服務器，用戶可以在移動設備上查看，持續進行健康監測并獲取有價值的臨床信息。AI廁所作為一種智能家居，能夠在醫療應用中發揮出巨大潛力。

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圖4 AI廁所的傳感陣列結構以及健康監測示意圖（圖片來源：參考文獻[4]）

作者：高煌 中國科學院蘭州化學物理研究所材料學博士生

審核：姚巧紅 高級工程師、北京大學化學與分子工程學院博士

出品：科普中國

[1]Wang, J., Wang, L., Sun, N. et al. Viscoelastic solid-repellent coatings for extreme water saving and global sanitation. Nat Sustain 2, 1097–1105 (2019).

[2]范繼中,崔小梅.廁所臭氣組成及治理技術的研究進展[J].云南化工,2024,51(09):16-19.

[3]Lyu, Q., Feng, Z., Liu, Y. et al. Analysis of latrine fecal odor release pattern and the deodorization with composited microbial agent. Waste Management 2024, 178, 371-384.

[4]鳳凰新聞 每年摔傷人數高達300萬，致殘率為30%，你還在忽視它的危害嗎？[EB/OL] (2018-11-10) [2024-11-19] https://ishare.ifeng.com/c/s/v002BmV0JzYLiDzxOPCbuG0rtaRWhE--6ryhh8p8hF3ws---_g__

[5]廖詠康,新型防滑功能陶瓷磚工業化生產技術研發.四川省,四川白塔新聯興陶瓷集團有限責任公司,2019-09-19.

[6]Zhang, Z., Shi, Q., He, T., et al. Artificial intelligence of toilet (AI-Toilet) for an integrated health monitoring system (IHMS) using smart triboelectric pressure sensors and image sensor. Nano Energy 2021, 90, 106517.

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來源: 科普中國

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