世界厕所日｜有了这些厕所“黑科技”，“如厕”未来可期？

今天是世界厕所日。厕所与我们的日常生活息息相关，承载着“接收”人类排泄物的“泰山重任”。然而，厕所也给我们带来许多困扰，下面让我们了解几种有望解决这些困扰的厕所“黑科技”及人工智能（AI）厕所的新动向吧！

01 呲溜，赶紧给我“滑”下去！

曾几何时，网上流传这样一个段子：一个人工作压力大，跑到厕所偷偷哭，结果每间厕所都有排泄物，这个人就更加崩溃了……

相信大家或多或少都有过这样的经历，在学校或单位的厕所，开门进去发现蹲坑里还有残留物，气愤之余连冲三四次水，残留物愣是岿然不动，根本冲不掉哇！如果这时候出现这样一种马桶：质润如玉，油光晶亮，遇到排泄物也不粘，“呲溜”一下就滑入水中，该有多好啊!这样不仅能够节省清洗马桶的人力，还可有效的节约水资源。

研究人员研发的这种“呲溜”马桶的表面采用了液体固化光滑表面（LESS）技术，即在马桶表面喷涂了一种新型材料，其主要成份是硅油和聚二甲基硅氧烷[1]。作为一种可喷涂的涂层，这种材料可以有效排斥雨水、肥皂水、染色水和合成粪便，如图1所示，与市面上性能最好的商用疏水马桶对比，无论是水滴还是动力粘度覆盖9个数量级（10-3-105 Pa·s）的合成粪便，LESS涂层的厕所均能够达到很好的排斥效果，即能够将粪便这样的粘弹性流体的附着力降低约90%，基本做到了“不粘连”。而且LESS涂层对于节约水资源的作用也十分有效，与未经处理的对照表面相对比，LESS涂层的厕所能够减少约90%的清洁用水量。同时LESS还具备良好的抗菌性能和耐用性。相信这种涂层材料大规模使用的时候，大家也不用一开厕所门就“眉头紧锁”了。

图1 最先进的商用疏水马桶LESS涂层的马桶液体和合成粪便的排斥性对比（图片来源：参考文献[1]）

02 用微生物魔法驱散“臭烘烘”

厕所臭气主要成分包括硫化氢、氨气、甲烷等气体，厕所臭气的存在不仅会影响人体健康，还会对环境造成污染。厕所除臭也是一个提升如厕舒适度的手段。

现有的臭气治理技术包括物理法、化学法和生物法[2]。物理法是指通过物理手段将臭气遮蔽、转移或稀释的方法，例如使用芳香味的气体物质掩盖臭气、使用活性炭吸附臭气，以及在厕所里配备通风系统等。此外，厕所挡板下的空隙也具备通风透气的功能。化学法是指采用特定溶液与臭气发生化学反应的方法，该方法效率高且成本低，且同时需要更换吸收剂，还需注意吸收臭气生成产物所带来的二次污染。

生物法是指将臭气吸收作为微生物代谢的能源物质，产物一般是水和二氧化碳，该方法成本低廉，处理效果好并且基本无污染。中国科学院成都生物研究所闫志英团队最近研究了厕所粪便气味的释放规律和微生物除臭的效果分析[3]。研究表明，高温和适宜的湿度能够加剧粪便臭气的释放，例如一些饭店会在男厕小便池堆满冰块，这样可以达到降温的目的，减少臭气的释放。图2显示该研究制备的复合微生物菌剂用于厕所除臭的示意图，可以看出厕所臭气中氨气含量降低了80%，硫化氢的含量降低了40%，并且部分微生物能够在粪污中定殖并持续发挥除臭作用。

图2 微生物厕所除臭示意图（图片来源：参考文献[3]）

03 给厕所打滑“顽疾”开处方

同时，厕所中的安全隐患不可被忽视，尤其是在厕所发生的摔倒事故。根据卫生部统计数据，每年因意外滑倒而造成骨折、扭伤住院数据的比例占全部的35%，其中大部分是老人和小孩[4]。拖地后地面没晾干、雨雪天气脚踩后残留的雨水，以及厕所管道漏水等原因都有可能造成厕所地面湿滑。因此，很有必要在厕所采取防滑措施，例如在厕所地面采用防滑砖、铺设防滑垫子和喷涂防滑剂等。

一些新型防滑陶瓷功能砖的研发[5]为治疗厕所打滑的“顽疾”带来了新希望，其摩擦系数较大（摩擦系数越大，防滑性能越好）,即使在砖面有积水的情况下,行走在上面也不会有打滑的感觉。这些新型防滑砖采用的是在低温釉中预埋高熔点、高亲和性的氧化铝晶种方法，造成微观下的局部成分和温度的差异，从而能够定点生长出微米级别的微凸起结构，同时还可以通过降低表面能等方式在凸起周围形成高度封闭的防污层，结合喷墨打印技术可以在防滑砖表面获得各式各样的图案。因此，这样的新型防滑陶瓷功能砖，同时兼具防滑、防污和美化功能。

04 坐在马桶上，就知你是谁！AI厕所来了？

厕所中的数字化管理能够给人们提供更加便捷的服务，从而提升人们的生活品质，例如小便池和马桶处的自动感应冲水、厕所的湿度传感器和气体监测传感器等。最近研究人员研究了一种智能化的摩擦电压力传感器和图像传感器，用于AI厕所的家庭健康监测[6]。

常用的身份识别手段是基于摄像头或者射频技术，但是由于隐私问题应用场景受限。科研人员基于摩擦电压力传感器阵列，利用不同用户就座方式的不同压力来识别其生物特征，使用深度学习就可以正确识别用户。如图4所示，在马桶上增加10个基于织物的传感阵列元件，用户就座时产生的压力刺激诱导电荷在外电路中流动，从而将机械能转化为电能。不同用户的就座习惯在对不同标号的传感元件产生压力不同，通过AI深度学习可以识别6个用户坐在马桶座圈上的生物特征信息，准确率超过90%。

采用的图片传感器可记录用户尿液颜色的动态变化并进行数据分析，AI厕所系统收集到的所有信息将上传到服务器，用户可以在移动设备上查看，持续进行健康监测并获取有价值的临床信息。AI厕所作为一种智能家居，能够在医疗应用中发挥出巨大潜力。

图4 AI厕所的传感阵列结构以及健康监测示意图（图片来源：参考文献[4]）

作者：高煌 中国科学院兰州化学物理研究所材料学博士生

审核：姚巧红 高级工程师、北京大学化学与分子工程学院博士

出品：科普中国

[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]范继中,崔小梅.厕所臭气组成及治理技术的研究进展[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]凤凰新闻 每年摔伤人数高达300万，致残率为30%，你还在忽视它的危害吗？[EB/OL] (2018-11-10) [2024-11-19] https://ishare.ifeng.com/c/s/v002BmV0JzYLiDzxOPCbuG0rtaRWhE--6ryhh8p8hF3ws---_g__

[5]廖咏康,新型防滑功能陶瓷砖工业化生产技术研发.四川省,四川白塔新联兴陶瓷集团有限责任公司,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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