Fra molekyler til minder: Æraen for duft-teleportation begynder

Kan du forestille dig at sende den smukke duft, du lugtede på en vandretur, så let som en sang eller et billede til din ven eller familie?

Nå, nu kan du det, fordi digitalisering har gjort det muligt. Det er rigtigt. Ligesom alle de andre dele af dit liv, bliver duft også digitaliseret!

Digitalisering af lugt, også kendt som digital olfaktion, er processen med at indfange, overføre og genskabe dufte ved hjælp af sensorer og software.

Ved at efterligne hvordan den menneskelige hjerne identificerer og differentierer lugte, kan digital olfaktion bruges til at skabe digitale duftmedier, udvikle nye produkter, opdage sygdomme, forudsige molekyler og dyrke mad.

Sammenlignet med billeder har lugt et langt større potentiale til at påvirke mennesker. Trods alt udløser olfaktorisk stimulation mere hjerneaktivitet end visuel stimulation.

På trods af dette har størstedelen af videnskabelige fremskridt handlet om syn og lyd. I dag tilbyder smarte enheder som telefoner og bærbare computere til næsten alle imponerende indbyggede funktioner, der primært er centreret omkring lyd og lys. Duft har endnu ikke opnået de samme teknologiske muligheder og fremskridt, fordi den blandt andet er personlig.

Den olfaktoriske region i hjernen er direkte forbundet med hippocampus, som er knyttet til hukommelse og kognition, samt området der er ansvarligt for bearbejdning af følelser (amygdala). Som følge heraf har aroma den kraftfulde evne til at udløse en specifik erindring.

Men vigtigst af alt er den ekstremt kompleks. Der er omkring 1000 gener for duftreceptorer, som koder for et tilsvarende antal olfaktoriske receptor-typer.

Interessant nok er der tre kendte typer af fotoreceptorer i øjet, mens olfaktoriske receptorer er fordelt på 6 millioner specialiserede sensoriske nerveceller, der befinder sig i den øvre del af næsen.

Det er faktisk denne kompleksitet i lugt, der gør det muligt for vores næse at opdage Parkinsons sygdom. Samtidig har dyr som hunde og bier en så dyb lugtesans, at de endda kan lugte kræft og Alzheimers. Men den samme kompleksitet er årsagen til, at vi har så dårlig forståelse af det olfaktoriske system.

Tingene er dog ved at ændre sig, efterhånden som dufte digitaliseres.

Kortlægning af det usynlige: Bygning af et digitalt kort over lugt

At forsøge at forstå lugt har foregået i lang tid, men indtil nu har det været ret begrænset.

Dog har teknologiske fremskridt ført til et voksende fokus, hvilket har resulteret i oprettelsen af Digital Olfaction Society (DOS). Den har til formål at skabe enheder, der kan optage dufte, omdanne dem til digitale data, overføre dem og endelig genskabe dem i forskellige dele af verden.

DOS leder i øjeblikket et globalt projekt for at indfange og arkivere duftene fra forskellige steder til kulturel bevarelse. Til dette inviterer gruppen eksperter fra hele verden til at digitalisere duftene fra deres lokale områder, som vil blive rekonstitueret af et dedikeret team i Tokyo.

Et par år siden udviklede forskere fra Japans Kyushu University, i samarbejde med University of Tokyo, også udviklede en olfaktorisk sensor kaldet ‘artificial nose’, som kunne identificere individer ved at analysere de forbindelser i deres ånde. Bygget med et 16-kanals sensorarray, var ‘artificial nose’ i stand til biometrisk autentificering med en gennemsnitlig nøjagtighed på over 97%.

Nu teleporterer Osmo med succes duft fra en del af verden til en anden. En vigtig aktør inden for dette felt, Osmo, bruger Google Cloud AI-teknologi til at digitalisere lugt for at “give alle en chance for et bedre liv”.

Osmo forestiller sig en ny æra, hvor computere vil kunne generere dufter på samme måde som de genererer billeder og lyde.

I et interview med CNBC for et par måneder siden delte Osmo medstifter og CEO Alex Wiltschko sin besættelse af lugt og sagde:

“Det har været min passion at forsøge at forstå lugt. Det er denne meget kraftfulde følelsesmæssige sans, men vi ved så lidt om den.”

Wiltschko, som har studeret neurovidenskab ved University of Michigan og specifikt olfaktorisk neurovidenskab ved Harvard, startede Osmo som et forskningsprojekt hos Google (GOOGL ) før han lancerede det som en startup i 2022 med $60 mln. støtte fra Google Ventures og Lux Capital. Sent sidste år tildelte Bill & Melinda Gates Foundation også et tilskud til Osmo på $3,5 millioner, hvilket tilføjede til deres $5 millioner i egenkapitalinvestering.

Hos Google Research arbejdede Wiltschko med at validere den digitale olfaktionsforskning på Brain-teamet.

Der var fokus på at bruge Graph Neural Networks (GNN) til at opnå et gennembrud i at forudsige lugten af et molekyle ud fra dets struktur. Yderligere forskning blev udført på at designe nye molekyler, der ikke tidligere var blevet lugtet, og derefter forudsige dem med høj præcision. Teamet skabte også molekyler, der afviser myg, men som lugtede meget kraftigt i menneskelige forsøg.

I 2022 skrev Wiltschko sammen med Richard C. Gerkin fra Google Research om brug af molekylære kort til at forstå lugt.

Teamet foreslog sensoriske kort for at hjælpe med at måle en lugt, som produceres af molekyler, der driver gennem luften, derefter trænger ind i vores næse og binder sig til sensoriske receptorer der. Men med milliarder af molekyler, der kan producere en lugt, er det svært at finde ud af præcis hvilke molekyler der producerer hvilke lugte.

Selvom vi har kort for farver gennem farvehjulet og bruger frekvens til at kortlægge lyde, findes der ingen brugbare kort for lugt på grund af den involverede kompleksitet, som vi nævnte ovenfor.

For et par år siden, før denne blog, udviklede teamet GNN-modellen, der udforskede tusindvis af eksempler på forskellige molekyler parret med lugtemærkater for at lære forholdet mellem et molekyles struktur og sandsynligheden for at have en lugtemærkat.

Hvert molekyle blev repræsenteret som en vektor, der udtrykker molekylet i dets lugt. Baseret på dette blev et “Principal Odor Map” (POM) introduceret for at identificere vektorrepræsentationen af hvert lugtende molekyle.

Klik her for at lære om en ny type olfaktorisk chip, der kan simulere den naturlige lugtesans.

En ny virkelighed: Duft-teleportation er endelig her

Sidste år talte Wiltschko, Osmo’s CEO, om at bruge Google Clouds AI-teknologi til at tackle udfordringen med at kortlægge vores lugtesans for at forbedre menneskelig trivsel.

I de seneste par år har kunstig teknologi vokset betydeligt i popularitet og brug. Ifølge en McKinsey-undersøgelse er AI-adoption steget til imponerende 72% i 2024, da den i stigende grad anvendes i flere dele af forretningen. AI forventes faktisk af PwC at bidrage med $15,7 billioner til den globale økonomi inden 2030.

AI har simpelthen ikke efterladt nogen sektor uberørt, men i modsætning til AI-chatbots, som kan trænes på data fra “hele internettet”, har et lignende digitalt bibliotek af information om dufte ikke været tilgængeligt.

Et gennembrud inden for maskin-olfaktion kom gennem DREAM Olfaction Prediction Challenge, der for næsten et årti siden blev afholdt for hold verden over til at dele deres ML-modeller.

siden da har dette datasæt vokset, og nu bruger Osmo AI til at katalogisere den usædvanligt brede verden af dufter. Det anslås, at så mange som 40 milliarder molekyler sandsynligvis har en lugt, men kun 100 millioner af dem er kendte.

Startup’en bruger Google Cloud AI-løsninger til at behandle denne enorme mængde data. En af løsningerne inkluderer Vertex AI, som bruges til at træne AI.

“Det var overmenneskeligt i sin evne til at forudsige, hvordan ting lugtede.”

– Wiltschko

Når maskinlæringsmodellerne er bygget, trænet og implementeret i stor skala, køres de på et stort molekylbibliotek ved hjælp af Dataflow og har resultater i BigQuery og Bigtable.

Mens det endelige mål er at gøre computere i stand til at gøre alt, hvad vores næse kan—ultimately hjælpe medicinske fagfolk med at opdage sygdomme—så vil Osmo på kort sigt lave bæredygtige og sikrere aromamolekyler til dufte som parfume, insektmidler og vaskemidler.

Dufte i disse produkter er normalt “designet af et meget lille antal hemmelige virksomheder,” og Wiltschko mener, at hans firma “kan gøre det bedre… ved at bygge bedre og sikrere ingredienser, der ikke er giftige … og ikke irriterer din hud eller dine øjne.”

Med det har Osmo med succes teleporteret duften af en blomme. Som teamet forklarer, betyder det, at Osmo har lært computere at læse, kortlægge og skrive en duft fra dens oprindelige form og derefter genskabe lugten eller dens essens et andet sted.

“Denne udvikling har massive implikationer på tværs af industrier fra duft, sundhed, sikkerhed, landbrug og mere,” bemærkede Osmo i sin videoopdatering.

Introduceret tidligere i år, hvad der beskrives som “Osmos mest ambitiøse projekt,” har Duft-teleportation med succes opnået i laboratoriet, annoncerede Osmo, og detaljerede processen.

Det første succesfulde forsøg involverede en simpel skive kokos, men brugte en ny tilgang, som kræver ingen menneskelig indgriben bortset fra input- og outputniveauerne. Dette er resultatet af ugentlige eksperimenter udført med moderne software og AI. Teamet bemærkede:

“(Siden vi først annoncerede duft-teleportation) har vi gjort en forbløffende fremgang. Hver måned gør vi Duft-teleportation lidt hurtigere, lidt mere automatiseret, og udfordrer den til at overføre mere komplekse dufte.”

Videnskaben bag Duft-teleportation: Hvordan fungerer det?

Den måde, duft-teleportationsteknologien fungerer på, er, at den valgte duft først introduceres til en maskine kaldet Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GCMS), som er en teknik til at identificere og analysere stoffer i en prøve.

Mens en væske kan injiceres direkte, anvendes headspace-analyse for en fast prøve, som en blomme. Denne analyse involverer at fange duften i luften omkring objektet og derefter absorbere den gennem et rør.

GCMS-systemet genkender de rå data og sender dem derefter til skyen, hvor de vises som en koordinat på dets POM. Dette sofistikerede AI-drevne værktøj kortlægger lugte i et multidimensionelt rum for at hjælpe med at forudsige, hvordan en specifik molekylkombination lugter, og muliggør mere præcise gengivelser.

Formlen overføres til Formulation Robot, som blander forskellige dufte for at producere prøven. Disse værktøjer bliver løbende testet for at hjælpe med at forfine processerne.

I det sidste trin sammenlignede teamet den originale prøve med kopien med målet om at opnå en høj grad af lighed. Teamet sigter mod at genskabe dufte, der stemmer overens med deres oprindelige lugtfamilier, og med hver prøve var de i stand til bedre at indfange hver nuance, der er iboende i lugte.

“Vi gør noget, som ingen har formået før.”

– Osmo

Problemet er, at nogle molekyler knapt registreres af sensorer, men på trods af deres subtile natur har de en betydelig indvirkning på den samlede duft.

Desuden kan blot at flytte en lille del i et molekyle potentielt ændre duften fra roser til rådne æg. Så er der problemet med, at nogle molekyler, der er involveret i hverdagsdufte, forbliver uidentificerede.

Med sin dataindsamlingsproces, som i øjeblikket er i gang, sigter Osmo mod at løse nogle af disse problemer og finde nye måder at genskabe molekyler på.

Teamet har allerede oprettet den “største AI-kompatible duftdatabank i verden,” som er nødvendig for at træne algoritmer og forfine deres duftsans. Der er dog stadig udfordringen med at gøre alle disse data brugbare, hvilket kræver menneskelig vejledning – en hindring, som Osmo-teamet håber at overvinde snart.

I det næste skridt vil Osmo åbne udvalgte demoer for offentligheden, så de kan opleve duft-teleportation direkte og gennemgå startup’ens teknologi og hvor effektiv den er i at reproducere lugten.

Med dette kommer startup’en meget tættere på at samle verden på en af de mest grundlæggende måder, hvor en smuk duft, du lugter, kan deles let med en anden. Og så vil Osmo på sigt kunne opdage sygdomme med duft, hvilket er “ikke vil ske i år eller lige foreløbig, men vi er på vej,” sagde Wiltschko.

Virksomheder, der hjælper med at fremme den spæde teknologi

Lad os nu se på virksomheder, der arbejder på at skabe denne nye virtuelle oplevelse, hvor man kan dele dufte af parfumer og kaffe over internettet, ligesom deres billeder bliver postet.

I øjeblikket er der nogle få innovative startups, der baner vejen for nye tilgange til digital duftteknologi.

Aryballe er en, der kombinerer biokemiske sensorer, ML og avanceret optik for at indsamle, vise og analysere duftdata. Dens hardwareløsninger er baseret på Aryballe’s siliconfotonic-baserede platform, som opdager, registrerer og genkender duftdata. Aryballe tilbyder også en solid-state duftsensor kaldet Core Sensor Module (CSM), som er følsom over for tusindvis af dufte og kan integreres i kundernes  fluidiske, mekaniske og elektriske arkitektur.

Aromyx er en anden forbrugerorienteret biotech-startup, der måler smag og lugt ved hjælp af syntetisk biologi og datalogi. Genskabelse af den menneskelige næsebiologi giver indsigt til deres kunder. Virksomheder kan bruge Aromyx’s software og AI-programmer til at implementere deres data i dens omfattende Cloud til sammenligning, modellering, simulering og fortolkning.

Monell Chemical Senses Center er derimod et uafhængigt, non-profit videnskabeligt forskningsinstitut, der udvikler storskalige ML-algoritmer til at forudsige lugtkvalitet baseret på molekylstruktur og i sidste ende bygge enheder i samarbejde med kommercielle partnere for at opdage, generere og dele dufte. Dets Project AROMA evaluerer i øjeblikket de bedste måder at designe et universelt system til klassificering af dufte.

Da digital olfaktion er et højt specialiseret og spædt felt, er der egentlig ingen børsnoterede virksomheder, der er direkte involveret i dens udvikling. Der er dog nogle, der gør fremskridt inden for relaterede teknologier.

1. Thermo Fisher Scientific

Den $211 mia. markedsværdi Thermo Fisher Scientific (TMO ), hvis aktier er steget 3,95% år-til-dato og handles til $551,74, kan bidrage til digital olfaktion gennem sit GCMS-system. Dens løsninger er designet til at passe til enhver laboratoriearbejdsgang.

Virksomheden har en EPS (TTM) på 15,95, en P/E (TTM) på 34,60 og en udbytteafkast på 0,28%. For Q3 2024 rapporterede den en omsætning på $10,60 milliarder.

2. International Flavors & Fragrances

Dette $23,59 milliarder store markedsværdi selskab arbejder primært med at skabe dufte og smagsstoffer, men har også investeret i duftinnovations-teknologier som AI-drevet duftskabelse og sensorisk perception.

Virksomheden skabte sit interne AI-værktøj for mange år siden og bruger det, sammen med forbrugeropfattelsesdata og neurovidenskab, til at designe dufter. “Vi begyndte at opbygge en omfattende forståelse af forbindelsen mellem lugt og dufte og følelser,” sagde Judith Gross, vicepræsident for kommunikation og branding, duftdivisionen, hos IFF, og tilføjede at databasen er skiftet fra simple følelser til farver og teksturer.

Samtidig er dens Sensory Perception teknologi et mikroindkapslings-leveringssystem til tekstiler, som tillader duft at blive frigivet fra tøj og andre tekstiler over en periode.

På tidspunktet for skrivning handles IFF-aktier til $92,56, op 14% år-til-dato, mens de har en EPS (TTM) på -9,10, en P/E (TTM) på -10,15 og et udbytteafkast på 1,73%. For 3Q24 rapporterede den nettoomsætning på $2,93 milliarder og $702 millioner i pengestrømme fra driften.

3. Alphabet (GOOGL )

Som vi delte, har Googles AI-innovation spillet en nøglerolle i Osmos digitale olfaktionsforskning. Givet AI’s enorme potentiale, fortsætter teknologien med at være i fokus hos tech-giganten, som bemærkede under 3Q24 indtjeningsopkald:

“Vi er unikt positioneret til at lede i AI-æraen på grund af vores differentierede full-stack tilgang til AI-innovation, og vi ser nu dette operere i skala.”

AI-innovation hos Google involverer en robust AI-infrastruktur, der inkluderer datacentre og chips, forskningsteams der fremmer AI-forskning og bygger modeller, samt en bred global rækkevidde gennem dets produkter.

For dette kvartal rapporterede Googles moderselskab en omsætning på $88,27 milliarder, hvilket voksede 15% år-til-år. Dets cloud-omsætning var særligt stærk på $11,35 milliarder, en stigning på næsten 35% fra et år siden, drevet af AI-tilbud.

Konklusion

Indtil nu har deling af lugt været begrænset til at dele vores erindring eller oplevelse af den. Men digitalisering af lugt vil muliggøre den faktiske genskabelse af lugten og dermed have potentialet til at åbne utallige nye muligheder på tværs af industrier, herunder produktdesign, udvidet virkelighed, kvalitetskontrol og sundhedspleje.

Så fra at skabe mere bæredygtige aromamolekyler til hverdagsprodukter til at forudsige molekyler, der afviser insekter for at forhindre myggebårne sygdomme som malaria, kan lugtdigitalisering hjælpe med at skabe mindeværdige oplevelser og forbedre menneskers sundhed, og skabe en bedre fremtid for os alle!

Klik her for at lære alt om investering i kunstig intelligens.