технологии

Цифровой запах: как переслать аромат кофе с круассаном

По интернету теперь можно передавать запахи— исследователи из Университета штата Огайо и Чжэцзянской лаборатории в Китае создали первый интерфейс для обмена ароматами. Правда, пока не любыми: электронный нос системы распознаёт лишь несколько знакомых запахов, пока удалённое устройство испускает соответствующий аромат. Посмотрим, как они это делают.

электронный нос, e-nose
Прибор Scentronics / Фото из презентации разработчика

Как передать запах по проводам? В основе устройства лежит концепция «электронного носа» (e-nose) нового поколения. Есть целое направление разработок «цифрового обоняния» — инженеры учат электронику узнавать «запаховые отпечатки». Ведь каждый запах формирует не одно вещество, а смесь множества летучих молекул. В носу человека на разные молекулы реагируют разные рецепторы, а мозг превращает эти сигналы в то, что мы чувствуем как запах. В электронном носу вместо рецепторов — газовые сенсоры, а программа превращает набор сигналов от них в цифровой профиль запаха и сравнивает его с уже известными образцами. То есть, современные электронные носы не воспринимают запахи как неповторимые наборы молекул, а отвечают на вопрос: «На какой известный профиль похож этот образец?». В принципе, наше обоняние в основном выполняет похожую работу по категоризации запахов: мы прежде всего узнаем, например, запах кофе, — а сказать, что именно это за кофе и насколько он хорош, неподготовленному человеку будет намного сложнее.

Scentronic использует матрицу из шести газовых сенсоров, каждый из которых по-своему реагирует на летучие органические соединения. Каждый запах создает характерную лишь для него комбинацию электрических сигналов этих сенсоров, сигналы складываются в цифровой профиль запаха, который распознаёт алгоритм машинного обучения.

Пока искусственный интеллект системы обучили только пяти категориям запахов: кофе, пиву, красному вину, выпечке и апельсину.

Вообще-то электронных носов разработано уже немало. Первые электронные носы напоминали громоздкие лабораторные хроматографы, и работали неспеша, — им требовалось как минимум несколько минут на анализ. А современные могут быть незаметными носимыми устройствами и срабатывают мгновенно, различая тысячи запахов с точностью, недоступной человеческому обонянию. Их применяют в пищевой промышленности для контроля свежести и качества сырья: например, компания Aryballe создает приборы, определяющие цифровой профиль летучих веществ. А компания Alpha MOS предлагает систему для сравнения запахов и контроля качества пищевых и химических продуктов.

Не менее важная область применения цифровых носов — в медицине для диагностики. Исследователи проверяют, можно ли по выдоху оценить риск заболеваний, например, рака, — чтобы быстро выделить человека с повышенным риском и направить его на обследование. Такой подход особенно важен для болезней, которые долго протекают без симптомов.

электронный нос, e-nose
Прибор NeOse компании Aryballe / Фото с сайта компании

Электронный нос даже побывал в космосе, — в 2008 году НАСА отправило прибор с 32 полимерными сенсорами на Международную космическую станцию. Устройство размером с обувную коробку должно было обнаруживать аммиак, метанол и другие опасные вещества, предупреждая космонавтов о загрязнении воздуха.

Так что нос Scentronic, знающий лишь шесть ароматов, можно считать примитивным по нынешним временам. Новизна и смысл разработки в другом — в воплощении идеи передачи запахов на расстояние.

Устройства, которые занимаются выдачей запахов человеку, тоже уже создавались. В 2023 году в Nature Communications описали беспроводные ароматические устройства для виртуальной реальности: небольшой пластырь под носом с двумя источниками запаха и маску с девятью. Ароматы высвобождались при нагревании душистого парафина, в результате игровые сцены в виртуальной реальности сопровождались запахами.

У Scentronic устройство на выходе, приняв по сети сигнал от электронного носа, включает пьезоэлектрический распылитель, превращающий ароматизированную жидкость в мелкие капли. То есть устройство выдает только те запахи, которые понимает электронный нос и для которых есть картриджи с испускающей этот запах жидкостью (в одном из вариантов устройства эти пять крошечных капсул висят на шее в виде своеобразного ожерелья).

Чтобы добавить новый аромат, придётся и доучить электронный нос, и пополнить запас жидкостей.

Насколько убедительным получился результат? В опыте с 14 добровольцами отдельные ароматы узнавали в 73% случаев, сочетания двух запахов — в 71%. Далековато от идеала! Но работа идет)

До разработки универсального запахового приложения ещё далеко. Нужны более разнообразные обучающие данные, нужно добиться надёжного распознавания в обычной среде, где запахи перемешаны. Распылители придётся сделать вместительнее, сохранив компактность. Нынешний электронный нос Scentronic длинный, как у Пиноккио в стыдные моменты — 15 см. Приемное устройство пока выглядит намного более «носимым» (не от слова «нос»). И главное, словарь запахов нужно существенно расширить, — кофе еще ладно, а если дело касается вина, то интересно ощущать запах конкретного вина, а не «вина вообще».

Помнится, в одной старой радиопередаче ведущие называли своих слушателей «нюхателями» — не удивлюсь, если скоро мы начнем принюхиваться к смартфонам.