Naukowcy przesłali zapach kawy przez internet. Pomógł im elektroniczny nos i AI

Obraz i dźwięk od dawna podróżują przez sieć bez większego trudu, a od pewnego czasu da się też przesyłać sygnały imitujące dotyk. Teraz dochodzi do tego kolejny zmysł - naukowcy opracowali rozwiązanie, dzięki któremu zapach kawy, ciasta czy pomarańczy odczuwalny w jednym miejscu można odtworzyć gdzie indziej. Potrzebny jest do tego elektroniczny nos, algorytmy sztucznej inteligencji oraz niewielki emiter aromatu.

Badacze z USA i Chin udowodnili w praktyce, że przenoszenie woni na odległość jest wykonalne technicznie. Istotne jest to, że cały proces przebiega automatycznie - użytkownik nie musi sam wskazywać, jaki zapach ma zostać wygenerowany. System rozpoznaje go samodzielnie, choć obecnie ogranicza się do pięciu kategorii aromatów, a jego działanie wciąż nie jest bezbłędne.

Zapach kawy może trafić na drugi koniec świata. Wystarczy do tego internet

Technologię opracował zespół naukowy z Ohio State University oraz Zhejiang Laboratory w Chinach. Rozwiązanie otrzymało nazwę Scentronic i łączy w sobie elektroniczny nos z kompaktowym generatorem aromatów. Całość opiera się na sztucznej inteligencji, która identyfikuje zapach i przesyła odpowiednie dane siecią.

Mechanizm działania przypomina trochę wysyłanie fotografii. Aparat uchwyci obraz, zamienia go na dane cyfrowe, a po drugiej stronie odbiorca ogląda efekt na ekranie. W Scentronic zamiast matrycy aparatu pracują czujniki chemiczne, a funkcję wyświetlacza przejmuje generator woni.

W testach badacze ograniczyli się do pięciu dobrze znanych aromatów: kawy, piwa, czerwonego wina, ciasta i pomarańczy. Urządzenie potrafiło wykryć, który z nich występuje, przekazać tę informację przez sieć, a następnie aktywować po stronie odbiorcy rozpylacz z odpowiednią substancją zapachową.

Rezultaty prac opisano w czasopiśmie Science Advances. Jak zaznacza Chunyu Yang z Ohio State University, jedna z autorek badania, kluczowym osiągnięciem jest scalenie wszystkich etapów procesu w jeden spójny, działający system.

Nie trzeba więc samodzielnie wskazywać, jaki aromat ma zostać uwolniony. Urządzenie rozpoznaje zapach i automatycznie wysyła sygnał uruchamiający odpowiedni mechanizm.

Chunyu Yang, Ohio State University

Elektroniczny nos ma 6 czujników, a sztuczna inteligencja rozpoznaje zapach

Pierwszy element całego układu to elektroniczny nos wyposażony w sześć czujników gazowych. Reagują one na lotne związki chemiczne, które uwalniają się z różnych substancji - to właśnie te cząsteczki wyczuwamy, wchodząc do kawiarni czy obierając pomarańczę.

Każdy z czujników odpowiada na obecność związków chemicznych w inny sposób, co tworzy charakterystyczny zestaw sygnałów elektrycznych. Dane te są następnie analizowane komputerowo. Do rozpoznawania wzorców odpowiadających konkretnym aromatom naukowcy wykorzystali uczenie maszynowe.

Elektroniczne rozpoznawanie zapachów samo w sobie nie jest nowością. Zespół z Karlsruhe Institute of Technology stworzył wcześniej podobne urządzenie wykrywające pleśń na podstawie substancji uwalnianych do powietrza - tam celem było jednak wychwycenie zagrożenia, zanim na ścianach pojawią się widoczne ślady grzyba.

Podejmowano też próby wyposażania robotów w sztuczny zmysł węchu, który dzięki biologicznym czujnikom i uczeniu maszynowemu pozwalał odróżniać różne zapachy. Scentronic idzie o krok dalej, bo dokłada do tego funkcję automatycznego odtwarzania rozpoznanej woni w zupełnie innym miejscu.

Gdy system ustali, z jakim aromatem ma do czynienia, przesyła stosowne dane przez internet. Nie jest przy tym wymagane fizyczne połączenie kablowe między czujnikiem a odbiornikiem - informacje mogą wędrować przez sieć i rozwiązania chmurowe.

Zapachy wydostają się z naszyjnika. Tak działa Scentronic

Po stronie odbiorczej znajduje się niewielkie urządzenie z pojemnikami wypełnionymi gotowymi substancjami zapachowymi. Badacze zbudowali kilka wariantów konstrukcji - opaskę zakładaną na nadgarstek, naszyjnik oraz model przeznaczony do trzymania w ręce.

Opaska obsługuje dwa kanały zapachowe, a większy naszyjnik może pomieścić aż pięć. Każdy pojemnik współpracuje z miniaturowym rozpylaczem piezoelektrycznym - elementem, który pod wpływem impulsu elektrycznego zaczyna drgać z dużą częstotliwością, rozbijając ciecz na drobniutkie kropelki.

Powstała mgiełka uwalnia do otoczenia substancje zapachowe wyczuwalne dla osoby znajdującej się blisko urządzenia. Sterując pracą rozpylacza, można też regulować siłę emitowanego aromatu. Nie oznacza to jednak, że internet faktycznie przesyła cząsteczki kawy czy pomarańczy - do odbiornika trafia wyłącznie dana cyfrowa, a sam zapach powstaje z substancji już wcześniej umieszczonych w urządzeniu.

Gdy elektroniczny nos wykryje kawę, system przyporządkowuje ją do odpowiedniej kategorii i uruchamia po drugiej stronie rozpylacz z wcześniej przygotowanym aromatem kawowym. Nie odwzoruje jednak subtelnych różnic między odmianami ziaren, stopniem wypalenia czy metodą parzenia. Scentronic nie potrafi jeszcze analizować dowolnej mieszanki chemicznej i tworzyć jej wiernej kopii - opiera się na gotowej bibliotece zapachów.

Stworzyli również kubek, który pozwala poczuć smak wirtualnego napoju

Eksperyment nie ograniczył się wyłącznie do zapachów. Naukowcy przygotowali też prototyp urządzenia łączącego bodźce węchowe ze smakowymi - specjalny kubek, do którego można dodawać niewielkie dawki płynów smakowych.

W zestawieniu z goglami rzeczywistości mieszanej użytkownik mógłby wybrać wirtualny napój, a urządzenie samo uwolniłoby pasujący aromat oraz wprowadziło odpowiednią substancję smakową do wody znajdującej się w kubku. Celem jest nadanie cyfrowej interakcji fizycznego wymiaru.

To nie pierwsza próba odtwarzania smaków przez naukowców. Wcześniej opisywany był elektroniczny lizak, który za pomocą precyzyjnie dobranych substancji wywołuje różne wrażenia smakowe w wirtualnej rzeczywistości. Badacze od dawna szukają sposobu, by cyfrowe doświadczenia wykraczały poza obraz i dźwięk.

Prezentowany był też grafenowy czujnik, który z pomocą sztucznej inteligencji rozpoznaje podstawowe smaki. Scentronic stanowi kolejny krok w tych pracach, bo łączy wykrywanie bodźca z próbą jego odtworzenia w odległym miejscu.

Internet przyszłości może pachnieć. Na razie potrzebuje jednak wkładów z aromatami

Możliwych zastosowań nowej technologii jest sporo. Autorzy badania wymieniają między innymi zakupy online, komunikację na odległość, rozrywkę oraz wirtualną rzeczywistość. W przyszłości sklep internetowy mógłby umożliwić sprawdzenie zapachu produktu przed złożeniem zamówienia, a gra komputerowa - odtwarzać aromaty pasujące do wirtualnego otoczenia.

Naukowcy wskazują też na możliwość wykorzystania systemu do oceny sprawności węchu. Urządzenie precyzyjnie kontrolujące rodzaj i natężenie zapachu mogłoby przydać się specjalistom prowadzącym określone testy diagnostyczne.

Droga do takich zastosowań pozostaje jednak długa. Obecny prototyp rozpoznaje zaledwie pięć kategorii aromatów, wymaga wcześniej przygotowanych substancji i nie przeszedł jeszcze testów na szerszej grupie użytkowników. Zanim mógłby trafić do sprzedaży, konieczne byłyby dodatkowe badania dotyczące bezpieczeństwa, trwałości i powtarzalności działania.

Największą trudnością pozostaje na razie wierne odwzorowanie złożonych zapachów. Aromat świeżo zaparzonej kawy tworzy wiele substancji chemicznych, a o charakterystycznym wrażeniu decydują ich wzajemne proporcje. Samo stwierdzenie, że coś pachnie kawą, nie wystarczy, by przygotować jej dokładną kopię zapachową.