Da Molecole a Ricordi: L’Era del Teletrasporto degli Odori Inizia

Riesci a immaginare di inviare quel profumo meraviglioso che hai sentito durante un’escursione con la stessa facilità di una canzone o di una foto al tuo amico o alla tua famiglia?

Bene, ora puoi farlo perché la digitalizzazione lo ha reso possibile. Esatto. Proprio come tutte le altre parti della tua vita, anche gli odori stanno venendo digitalizzati!

Digitalizzare l’odore, noto anche come olfazione digitale, è il processo di catturare, trasmettere e ricreare profumi usando sensori e software.

Copiare il modo in cui il cervello umano identifica e differenzia gli odori permette all’olfazione digitale di essere usata per creare media di profumo digitale, sviluppare nuovi prodotti, rilevare malattie, prevedere molecole e coltivare cibo.

Rispetto alle immagini, l’odore ha un potenziale molto più grande di influenzare gli esseri umani. Dopotutto, la stimolazione olfattiva attiva più attività cerebrale rispetto a quella visiva.

Nonostante ciò, la maggior parte dei progressi scientifici si è concentrata su vista e suono. Oggi, dispositivi intelligenti come telefoni e laptop offrono a quasi tutti capacità integrate impressionanti, principalmente incentrate su suono e luce. L’odore non ha ancora ricevuto le stesse capacità tecnologiche e progressi perché, tra l’altro, è personale.

La regione olfattiva nel cervello è collegata direttamente all’ippocampo, che è associato a memoria e cognizione, e all’area responsabile dell’elaborazione delle emozioni (amigdala). Di conseguenza, l’aroma ha la potente capacità di evocare un ricordo specifico.

Ma soprattutto, è estremamente complesso. Esistono circa 1000 geni per i recettori degli odori, che codificano un numero equivalente di tipi di recettori olfattivi.

Curiosamente, ci sono tre tipi noti di fotorecettori nell’occhio, mentre i recettori olfattivi sono distribuiti su 6 milioni di cellule nervose sensoriali specializzate situate nella parte superiore del naso.

È proprio questa complessità dell’odore che permette ai nostri nasi di rilevare il morbo di Parkinson. Nel frattempo, animali come cani e api hanno un senso dell’olfatto così profondo da poter annusare il cancro e l’Alzheimer. Tuttavia, la stessa complessità è la ragione per cui comprendiamo così poco il sistema olfattivo.

Le cose, però, stanno cambiando man mano che gli odori vengono digitalizzati.

Tracciare l’Invisibile: Creare una Mappa Digitale dell’Olfatto

Cercare di comprendere l’odore è un’attività che dura da molto tempo, ma finora è stata piuttosto limitata.

Tuttavia, i progressi tecnologici hanno portato a un interesse crescente, culminando nella creazione della Digital Olfaction Society (DOS). Essa mira a creare dispositivi per registrare gli odori, trasformarli in dati digitali, trasmetterli e infine ricrearli in diverse parti del mondo.

DOS sta attualmente guidando un progetto globale per catturare e archiviare gli odori di diverse località a scopo di conservazione culturale. Per questo, il gruppo sta invitando esperti da tutto il mondo a digitalizzare gli odori delle loro aree locali, che saranno ricostruiti da un team dedicato a Tokyo.

Qualche anno fa, ricercatori dell’Università di Kyushu in Giappone, in collaborazione con l’Università di Tokyo, hanno anche sviluppato un sensore olfattivo chiamato ‘naso artificiale’, capace di identificare gli individui analizzando i composti nel loro respiro. Realizzato con una matrice di sensori a 16 canali, il ‘naso artificiale’ è stato in grado di autenticare biometricamente con un’accuratezza media superiore al 97%.

Ora, Osmo sta teletrasportando con successo gli odori da una parte del mondo all’altra. Un attore importante in questo settore, Osmo, sta usando la tecnologia AI di Google Cloud per digitalizzare gli odori al fine di “dare a tutti la possibilità di una vita migliore”.

Osmo immagina una nuova era in cui i computer saranno in grado di generare odori proprio come generano immagini e suoni.

“È stata la mia passione cercare di capire l’odore. È un senso emotivo molto potente, eppure ne sappiamo così poco.”

Wiltschko, che ha studiato neuroscienze all’Università del Michigan e neuroscienze olfattive specificamente ad Harvard, ha avviato Osmo come progetto di ricerca presso Google (GOOGL ) prima di lanciarlo come startup nel 2022 con un supporto di 60 milioni di dollari da Google Ventures e Lux Capital. Alla fine dello scorso anno, la Bill & Melinda Gates Foundation ha anche assegnato a Osmo una sovvenzione di 3,5 milioni di dollari, aggiungendo al suo investimento di capitale di 5 milioni di dollari.

Presso Google Research, Wiltschko ha lavorato alla validazione della ricerca sull’olfazione digitale nel team Brain.

Lì, l’attenzione era rivolta all’uso delle Graph Neural Networks (GNN) per ottenere una svolta nella previsione dell’odore di una molecola a partire dalla sua struttura. Sono state condotte ulteriori ricerche sulla progettazione di nuove molecole mai annusate prima e sulla loro previsione con alta precisione. Il team ha anche creato molecole che respingono le zanzare ma che hanno un odore molto potente nelle prove umane.

Nel 2022, Wiltschko, insieme a Richard C. Gerkin di Google Research, ha scritto su l’uso di mappe molecolari per comprendere l’odore.

Il team ha proposto mappe sensoriali per aiutare a misurare un odore, prodotto da molecole che fluttuano nell’aria, entrano nel nostro naso e si legano ai recettori sensoriali. Ma con miliardi di molecole capaci di produrre un odore, è difficile determinare esattamente quali molecole producono quali odori.

Mentre disponiamo di mappe per i colori tramite la ruota dei colori e usiamo la frequenza per mappare i suoni, non esistono mappe utili per l’olfatto a causa della complessità coinvolta, come abbiamo affermato sopra.

Alcuni anni fa, prima di questo blog, il team ha sviluppato il modello GNN che ha esplorato migliaia di esempi di molecole distinte associate a etichette olfattive per apprendere la relazione tra la struttura di una molecola e la probabilità di possedere un’etichetta olfattiva.

Ogni molecola è stata rappresentata come un vettore che esprime quell’odore. Sulla base di ciò, è stata introdotta una “Mappa Odorante Principale” (POM) per identificare la rappresentazione vettoriale di ogni molecola odorosa.

Clicca qui per saperne di più su un nuovo tipo di chip olfattivo che può simulare il senso dell’olfatto naturale.

Una Nuova Realtà: Il Teletrasporto degli Odori è Finalmente Qui

Lo scorso anno, Wiltschko, CEO di Osmo, ha parlato dell’uso della tecnologia AI di Google Cloud per affrontare la sfida di mappare il nostro senso dell’olfatto al fine di migliorare il benessere umano.

Negli ultimi due anni, la tecnologia artificiale è cresciuta notevolmente in popolarità e utilizzo. Secondo un sondaggio di McKinsey, l’adozione dell’AI è aumentata fino al sorprendente 72% nel 2024, poiché viene usata sempre più in diverse parti dell’azienda. PwC prevede che l’AI contribuirà con 15,7 trilioni di dollari all’economia globale entro il 2030.

L’AI non ha lasciato intatto alcun settore, ma a differenza dei chatbot AI, che possono essere addestrati su dati provenienti da “l’intero internet”, non è disponibile una libreria digitale simile di informazioni sugli odori.

Una svolta nell’olfazione automatica è arrivata grazie al DREAM Olfaction Prediction Challenge, organizzato quasi un decennio fa per consentire a team di tutto il mondo di condividere i loro modelli di ML.

Da allora, questo set di dati è cresciuto e ora Osmo sta usando l’AI per catalogare il mondo eccezionalmente vasto degli odori. Si stima che fino a 40 miliardi di molecole possano avere un odore, ma solo 100 milioni di esse sono conosciute.

La startup utilizza le soluzioni AI di Google Cloud per elaborare questa enorme quantità di dati. Una delle soluzioni include Vertex AI, che viene usato per addestrare l’AI.

“È stato sovrumano nella sua capacità di prevedere come odoravano le cose.”

– Wiltschko

Una volta che i modelli di machine learning sono costruiti, addestrati e distribuiti su larga scala, vengono eseguiti su una vasta libreria di molecole usando Dataflow e producono risultati in BigQuery e Bigtable.

Mentre l’obiettivo finale è consentire ai computer di fare tutto ciò che i nostri nasi possono fare — aiutare eventualmente i professionisti medici a rilevare malattie — a breve termine, Osmo vuole creare molecole aromatiche sostenibili e più sicure per profumi, repellenti per insetti e detersivi per bucato.

Il profumo in questi prodotti è solitamente “progettato da un numero molto ristretto di aziende riservate”, e Wiltschko crede che la sua azienda “possa fare di più… costruendo ingredienti migliori e più sicuri che non siano tossici … e non irritino la tua pelle o i tuoi occhi.”

Con ciò, Osmo ha teletrasportato con successo l’odore di una prugna. Come spiega il team, ciò significa che Osmo ha insegnato ai computer a leggere, mappare e scrivere un odore dalla sua forma originale e poi ricreare l’odore o la sua essenza in un’altra posizione.

“Questo sviluppo ha enormi implicazioni in vari settori, dai profumi, alla salute, alla sicurezza, all’agricoltura e oltre,” ha osservato Osmo nel suo aggiornamento video.

Introdotto all’inizio di quest’anno, quello che è descritto come “il progetto più ambizioso di Osmo”, il Teletrasporto degli Odori è stato realizzato con successo in laboratorio, ha annunciato Osmo, descrivendo il processo.

Il primo tentativo riuscito ha coinvolto una semplice fetta di cocco, ma ha impiegato un approccio innovativo, che non richiede alcun intervento umano se non ai livelli di input e output. Questo è il risultato di esperimenti settimanali condotti con software moderno e AI. Il team ha osservato:

“(Da quando abbiamo annunciato per la prima volta il teletrasporto degli odori), abbiamo compiuto progressi sorprendenti. Ogni mese rendiamo il Teletrasporto degli Odori un po’ più veloce, un po’ più automatizzato, e lo sfidiamo a trasmettere odori più complessi.”

La Scienza Dietro il Teletrasporto degli Odori: Come Funziona?

Il funzionamento della tecnologia di teletrasporto degli odori prevede che, innanzitutto, l’odore selezionato venga introdotto in una macchina chiamata Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GCMS), una tecnica usata per identificare e analizzare le sostanze in un campione.

Mentre un liquido può essere iniettato direttamente, l’analisi headspace viene utilizzata per un campione solido, come una prugna. Questa analisi prevede la cattura dell’odore nell’aria intorno all’oggetto e poi la sua assorbimento attraverso un tubo.

Il sistema GCMS riconosce i dati grezzi e poi li invia al cloud, dove vengono visualizzati come coordinate sul suo POM. Questo strumento sofisticato, guidato dall’AI, mappa gli odori in uno spazio multidimensionale per aiutare a prevedere l’odore di una specifica combinazione molecolare e consente ricreazioni più accurate.

La formula viene trasferita al Formulation Robot, che mescola vari odori per produrre il campione. Questi strumenti sono costantemente messi alla prova per affinare i processi.

Nell’ultimo passaggio, il team ha confrontato il campione originale con la copia con l’obiettivo di raggiungere un alto grado di somiglianza. Il team mira a ricreare odori che corrispondano alle loro famiglie odorose originali e, ad ogni prova, è riuscito a cogliere meglio ogni sfumatura intrinseca agli odori.

“Stiamo facendo qualcosa che nessuno è riuscito a fare prima.”

– Osmo

Il fatto è che alcune molecole registrano appena i sensori, ma nonostante la loro sottigliezza, hanno un impatto significativo sull’odore complessivo.

Inoltre, spostare anche un piccolo elemento all’interno di una molecola può potenzialmente cambiare il suo odore da rose a uova marce. Poi c’è il problema di alcune molecole presenti negli odori quotidiani che rimangono non identificate.

Con il suo processo di raccolta dati, attualmente in corso, Osmo mira a risolvere alcuni di questi problemi e a trovare nuovi modi per ricreare le molecole.

Il team ha già creato il “più grande database di odori compatibile con l’AI al mondo”, necessario per addestrare gli algoritmi e affinare il loro senso dell’olfatto. Tuttavia, rimane la sfida di rendere tutti questi dati utilizzabili, il che richiede una guida umana — un ostacolo che il team di Osmo spera di superare presto.

Nel prossimo passo, Osmo aprirà demo selezionate al pubblico affinché possano sperimentare direttamente il teletrasporto degli odori e valutare la tecnologia della startup e la sua efficacia nella riproduzione dell’odore.

Con questo, la startup si avvicina ancora di più a unire il mondo in uno dei modi più essenziali, dove un profumo meraviglioso che percepisci può essere facilmente condiviso con qualcun altro. E poi, eventualmente, Osmo intende far rilevare le malattie tramite l’odore, cosa che “non accadrà quest’anno né presto, ma siamo sulla buona strada,” ha detto Wiltschko.

Aziende Che Aiutano a Far Progredire la Tecnica Nascenti

Ora, diamo un’occhiata alle aziende che stanno lavorando per creare questa nuova esperienza virtuale in cui è possibile condividere gli odori di profumi e caffè su internet, proprio come si pubblicano le foto.

Attualmente, ci sono alcune startup innovative che stanno aprendo nuove strade nella tecnologia dell’olfatto digitale.

Aryballe è una di queste, combina sensori biochimici, ML e ottica avanzata per raccogliere, visualizzare e analizzare i dati odorosi. Le sue soluzioni hardware si basano sulla piattaforma basata su fotonica al silicio di Aryballe, che rileva, registra e riconosce i dati odorosi. Aryballe offre anche un sensore di odori a stato solido chiamato Core Sensor Module (CSM), sensibile a migliaia di odori e integrabile nell’architettura fluidica, meccanica ed elettrica dei clienti.

Aromyx è un’altra startup biotech rivolta ai consumatori che misura gusto e olfatto usando biologia sintetica e data science. Ricreare la biologia del naso umano fornisce approfondimenti ai loro clienti. Le aziende possono utilizzare il software e i programmi AI di Aromyx per distribuire i loro dati nel suo Cloud completo per confronto, modellazione, simulazione e interpretazione.

Il Monell Chemical Senses Center, nel frattempo, è un istituto di ricerca scientifica indipendente e senza scopo di lucro che sta sviluppando algoritmi ML su larga scala per prevedere la qualità dell’odore basandosi sulla struttura molecolare e, in ultima analisi, costruire dispositivi in collaborazione con partner commerciali per rilevare, generare e condividere odori. Il suo Project AROMA sta attualmente valutando i modi migliori per progettare un sistema universale di classificazione degli odori.

Dato che l’olfazione digitale è un campo altamente specializzato e nascente, non esistono davvero aziende quotate che siano direttamente coinvolte nel suo sviluppo. Tuttavia, ce ne sono alcune che stanno facendo progressi in tecnologie correlate.

1. Thermo Fisher Scientific

Thermo Fisher Scientific (TMO ), con una capitalizzazione di mercato di 211 miliardi di dollari, le cui azioni sono in rialzo del 3,95% YTD e vengono scambiate a 551,74 dollari, può contribuire all’olfazione digitale attraverso il suo sistema GCMS. Le sue soluzioni sono progettate per adattarsi a qualsiasi flusso di lavoro di laboratorio.

L’azienda ha un EPS (TTM) di 15,95, un P/E (TTM) di 34,60 e un rendimento del dividendo dello 0,28%. Per il Q3 del 2024, ha riportato un fatturato di 10,60 miliardi di dollari.

2. International Flavors & Fragrances

Questa azienda, con una capitalizzazione di mercato di 23,59 miliardi di dollari, si occupa principalmente di creare fragranze e aromi, ma ha anche investito in tecnologie di innovazione olfattiva come la creazione di fragranze guidata dall’AI e la percezione sensoriale.

L’azienda ha creato il suo strumento AI interno molti anni fa e lo utilizza, insieme a dati di percezione dei consumatori e neuroscienze, per progettare le fragranze. “Abbiamo iniziato a costruire una comprensione approfondita della connessione tra l’olfatto, le fragranze e le emozioni,” ha detto Judith Gross, vicepresidente della comunicazione e del branding, divisione odori, presso IFF, aggiungendo che il database è passato da semplici emozioni a colori e texture.

Nel frattempo, la sua tecnologia di Percezione Sensoriale technology è un sistema di rilascio a microincapsulamento per tessuti che consente alla fragranza di essere rilasciata da abiti e altri tessuti nel corso del tempo.

Al momento della stesura, le azioni IFF sono scambiate a 92,56 dollari, in rialzo del 14% YTD, con un EPS (TTM) di -9,10, un P/E (TTM) di -10,15 e un rendimento del dividendo dell’1,73%. Per il 3Q24, ha riportato vendite nette di 2,93 miliardi di dollari e 702 milioni di dollari di flussi di cassa operativi.

3. Alphabet (GOOGL )

Come abbiamo condiviso, l’innovazione AI di Google ha svolto un ruolo chiave nella ricerca di olfazione digitale di Osmo. Data l’enorme potenzialità dell’AI, la tecnologia continua a essere al centro dell’attenzione del colosso tecnologico, che ha osservato durante la chiamata sugli utili del 3Q24 earnings call:

“Siamo in una posizione unica per guidare l’era dell’AI grazie al nostro approccio full-stack differenziato all’innovazione AI, e ora vediamo questa operare su larga scala.”

L’innovazione AI di Google comprende un’infrastruttura AI robusta che include data center e chip, team di ricerca che avanzano la ricerca AI e costruiscono modelli, e una vasta portata globale attraverso i suoi prodotti.

Per questo trimestre, la società madre di Google ha riportato un fatturato di 88,27 miliardi di dollari, in crescita del 15% su base annua. Il fatturato del cloud è stato particolarmente forte, pari a 11,35 miliardi di dollari, con un aumento di quasi il 35% rispetto a un anno fa, trainato dalle offerte AI.

Conclusione

Finora, condividere l’odore era limitato alla condivisione della nostra memoria o esperienza di esso. Tuttavia, la digitalizzazione dell’odore consentirà la ricreazione effettiva dell’odore e, di conseguenza, avrà il potenziale di sbloccare innumerevoli nuove possibilità in vari settori, tra cui design di prodotto, realtà estesa, controllo di qualità e assistenza sanitaria.

Quindi, dalla creazione di molecole aromatiche più sostenibili per i prodotti di tutti i giorni alla previsione di molecole che respingono gli insetti per prevenire le malattie trasmesse dalle zanzare come la malaria, la digitalizzazione dell’odore può aiutare a creare esperienze memorabili e migliorare la salute umana, creando un futuro migliore per tutti noi!

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