분자에서 기억으로: 향기 텔레포테이션 시대가 시작됩니다

등산 중에 맡은 그 아름다운 향기를 노래나 사진처럼 친구나 가족에게 쉽게 보낼 수 있다고 상상해 보셨나요?

음, 이제 가능해졌습니다. 디지털화가 이를 가능하게 했으니까요. 맞습니다. 여러분 삶의 다른 모든 부분처럼, 향기도 이제 디지털화되고 있습니다!

냄새를 디지털화하는 것, 즉 디지털 후각(digital olfaction)은 센서와 소프트웨어를 사용해 향기를 포착, 전송, 재현하는 과정입니다.

인간 뇌가 냄새를 인식하고 구분하는 방식을 모방함으로써, 디지털 후각은 디지털 향기 미디어를 만들고, 새로운 제품을 개발하며, 질병을 감지하고, 분자를 예측하고, 식물을 재배하는 데 활용될 수 있습니다.

사진에 비해, 냄새는 인간에게 훨씬 더 큰 영향을 미칠 잠재력을 가지고 있습니다. 결국 후각 자극은 시각 자극보다 더 많은 뇌 활동을 일으키기 때문이죠.

그럼에도 불구하고, 과학적 진보의 대부분은 시각과 청각을 중심으로 이루어져 왔습니다. 오늘날 스마트폰과 노트북 같은 스마트 기기들은 주로 소리와 빛에 초점을 맞춘 인상적인 내장 기능을 제공하고 있습니다. 향기는 아직 같은 수준의 기술적 역량과 진보를 얻지 못했는데, 그 이유 중 하나는 향기가 개인적이기 때문입니다.

뇌의 후각 영역은 기억과 인지와 연결된 해마, 그리고 감정을 처리하는 편도체와 직접 연결되어 있습니다. 따라서 향기는 특정 기억을 강력하게 불러일으킬 수 있는 능력을 가지고 있습니다.

하지만 가장 중요한 점은, 이것이 매우 복잡하다는 것입니다. 향기 수용체를 위한 유전자는 약 1,000개 정도이며, 이는 동등한 수의 후각 수용체 유형을 코딩합니다.

흥미롭게도, 눈에는 세 종류의 광수용체가 알려져 있는 반면, 후각 수용체는 코의 상부에 위치한 600만 개의 특수 감각 신경 세포에 걸쳐 분포되어 있습니다.

실제로 이 복잡성 덕분에 우리의 코는 파킨슨병을 감지할 수 있습니다. 한편, 개와 벌 같은 동물들은 암과 알츠하이머까지도 탐지할 정도로 뛰어난 후각을 가지고 있습니다. 그러나 같은 복잡성이 우리가 후각 시스템을 충분히 이해하지 못하는 이유이기도 합니다.

하지만 향기가 디지털화되면서 상황이 변하고 있습니다.

보이지 않는 것을 그리다: 냄새의 디지털 지도 만들기

냄새를 이해하려는 시도는 오래전부터 이어져 왔지만, 지금까지는 다소 제한적이었습니다.

하지만 기술 발전으로 관심이 점점 커지면서 디지털 후각 학회(Digital Olfaction Society, DOS)가 설립되었습니다. 이 학회는 냄새를 기록하고, 디지털 데이터로 변환하며, 전송하고, 최종적으로 전 세계 여러 지역에서 재현할 수 있는 장치를 만드는 것을 목표로 합니다.

DOS는 현재 다양한 지역의 향기를 포착하고 보관하여 문화 유산을 보존하는 글로벌 프로젝트를 주도하고 있습니다. 이를 위해 전 세계 전문가들을 초대해 각 지역의 향기를 디지털화하도록 하고, 그 데이터는 도쿄의 전담 팀에 의해 재구성될 예정입니다.

몇 년 전, 일본 큐슈 대학 연구진은 도쿄 대학과 협력하여 ‘인공 코(artificial nose)’라는 후각 센서를 개발했습니다. 이 센서는 호흡에 포함된 화합물을 분석해 개인을 식별할 수 있었습니다. 16채널 센서 어레이로 구성된 ‘인공 코’는 평균 97% 이상의 정확도로 생체 인증을 수행했습니다.

현재 Osmo는 세계의 한 지역에서 다른 지역으로 향기를 성공적으로 텔레포트하고 있습니다. 이 분야의 주요 기업인 Osmo는 Google Cloud AI 기술을 활용해 향기를 디지털화함으로써 “모두에게 더 나은 삶의 기회를 제공”하고자 합니다.

Osmo는 컴퓨터가 이미지와 소리를 생성하듯이 향기도 생성할 수 있는 새로운 시대를 구상하고 있습니다.

“냄새를 이해하려는 것이 제 열정이었습니다. 이것은 매우 강력한 감정적 감각이지만, 우리는 이에 대해 거의 알지 못합니다.”

미시간 대학교에서 신경과학을, 하버드에서는 후각 신경과학을 연구한 Wiltschko는 Google에서 연구 프로젝트로 Osmo를 시작했으며(GOOGL ) 2022년에 Google Ventures와 Lux Capital의 6천만 달러 지원을 받아 스타트업으로 출범했습니다. 지난해 말, Bill & Melinda Gates Foundation도 Osmo에 350만 달러의 보조금을 수여했으며, 이는 500만 달러의 지분 투자와 합쳐진 금액입니다.

Google Research에서 Wiltschko는 Brain 팀의 디지털 후각 연구를 검증하는 작업을 수행했습니다.

그곳에서의 초점은 그래프 신경망(GNN)을 활용해 분자의 구조로부터 향기를 예측하는 돌파구를 마련하는 것이었습니다. 이후 연구에서는 아직 냄새를 맡아보지 않은 새로운 분자를 설계하고, 이를 높은 정밀도로 예측했습니다. 팀은 또한 모기를 퇴치하지만 인간 실험에서는 매우 강한 향을 내는 분자도 만들었습니다.

2022년, Wiltschko는 Richard C. Gerkin과 함께 Google Research에서 분자 지도를 사용해 냄새를 이해하는 방법에 대해 글을 썼습니다.

팀은 감각 지도를 제안했으며, 이는 공기 중을 떠다니는 분자가 코에 들어가 감각 수용체에 부착되는 과정을 측정하는 데 도움을 줍니다. 하지만 수십억 개의 분자가 향기를 만들 수 있기 때문에, 어떤 분자가 어떤 향을 내는지 정확히 파악하기는 어렵습니다.

우리는 색상을 색상환으로, 소리를 주파수로 매핑하지만, 앞서 언급한 복잡성 때문에 향기에 유용한 지도는 아직 없습니다.

몇 년 전, 이 블로그가 나오기 전, 팀은 수천 개의 서로 다른 분자와 향기 라벨을 연결한 예시를 탐색하는 GNN 모델을 개발했습니다. 이를 통해 분자 구조와 향기 라벨이 있을 확률 사이의 관계를 학습했습니다.

각 분자는 그 분자의 향기를 표현하는 벡터로 나타냈습니다. 이를 기반으로 ‘주요 향기 지도(Principal Odor Map, POM)’가 도입되어 모든 향기 분자의 벡터 표현을 식별했습니다.

새로운 유형의 후각 칩에 대해 알아보려면 여기를 클릭하십시오 — 이는 자연스러운 후각을 시뮬레이션할 수 있습니다.

새로운 현실: 향기 텔레포테이션이 드디어 실현되었습니다

작년에 Osmo CEO인 Wiltschko는 Google Cloud의 AI 기술을 활용해 우리의 후각을 매핑하고 인간 복지를 향상시키는 도전에 대해 이야기했습니다.

지난 몇 년간 인공지능 기술이 크게 성장했습니다. McKinsey 조사에 따르면 AI 도입률은 2024년에 무려 72%에 달했으며, 비즈니스의 더 많은 영역에서 활용되고 있습니다. PwC는 AI가 2030년까지 전 세계 경제에 15.7조 달러를 기여할 것으로 전망하고 있습니다.

AI는 모든 분야에 영향을 미쳤지만, 전체 인터넷 데이터를 학습할 수 있는 AI 챗봇과 달리, 향기에 대한 디지털 라이브러리는 아직 제공되지 않았습니다.

기계 후각 분야의 돌파구는 거의 10년 전 전 세계 팀들이 머신러닝 모델을 공유한 DREAM Olfaction Prediction Challenge를 통해 이루어졌습니다.

그 이후 데이터셋이 확대되었으며, 현재 Osmo는 AI를 활용해 방대한 향기 세계를 카탈로그화하고 있습니다. 약 400억 개의 분자가 향기를 가질 가능성이 있지만, 그 중 1억 개만이 알려져 있습니다.

이 스타트업은 Google Cloud AI 솔루션을 사용해 방대한 데이터를 처리합니다. 그 중 하나가 Vertex AI이며, 이는 AI를 훈련시키는 데 사용됩니다.

무엇이 어떤 냄새가 나는지를 예측하는 능력이 인간을 넘어섰습니다.

– Wiltschko

머신러닝 모델을 구축·훈련·대규모 배포한 뒤, Dataflow를 사용해 방대한 분자 라이브러리에 적용하고 결과를 BigQuery와 Bigtable에 저장합니다.

궁극적인 목표는 컴퓨터가 우리의 코가 할 수 있는 모든 일을 수행하도록 하여, 결국 의료 전문가가 질병을 감지하도록 돕는 것이지만, 단기적으로는 Osmo가 향수, 방충제, 세탁 세제와 같은 제품을 위한 지속 가능하고 안전한 향기 분자를 만들고자 합니다.

이러한 제품의 향기는 보통 “소수의 비밀스러운 기업에 의해 설계”되며, Wiltschko는 그의 회사가 “독성이 없고 피부나 눈을 자극하지 않는 더 나은 안전한 성분을 만들 수 있다”고 믿고 있습니다…

이를 통해 Osmo는 자두 향을 텔레포트하는 데 성공했습니다. 팀이 설명하듯, 이는 컴퓨터가 원본 형태의 향기를 읽고, 매핑하고, 기록한 뒤 다른 위치에서 그 향기 또는 그 본질을 재현하도록 가르친 것입니다.

“이 발전은 향료, 건강, 보안, 농업 등 다양한 산업에 거대한 영향을 미칩니다.”라고 Osmo는 비디오 업데이트에서 언급했습니다.

올해 초에 소개된, “Osmo의 가장 야심찬 프로젝트”라 불리는 향기 텔레포테이션이 실험실에서 성공적으로 달성되었다고 Osmo가 발표했습니다.

첫 번째 성공적인 시도는 간단한 코코넛 조각을 사용했지만, 인간 개입이 입력 및 출력 단계 외에는 필요 없는 새로운 접근 방식을 포함했습니다. 이는 최신 소프트웨어와 AI를 활용한 주간 실험의 결과이며, 팀은 다음과 같이 언급했습니다:

(향기 텔레포테이션을 처음 발표한 이후) 우리는 놀라운 진전을 이루었습니다. 매달 향기 텔레포테이션을 조금 더 빠르고, 자동화하며, 더 복잡한 향기를 전송하도록 도전하고 있습니다.

향기 텔레포테이션의 과학: 어떻게 작동하나요?

향기 텔레포테이션 기술은 먼저 선택된 향기를 가스 크로마토그래피-질량 분석기(GCMS)라는 장치에 도입하는 것으로 시작합니다. GCMS는 샘플 내 물질을 식별하고 분석하는 기술입니다.

액체는 직접 주입할 수 있지만, 고체 샘플(예: 자두)에는 헤드스페이스 분석이 사용됩니다. 이 분석은 물체 주변 공기에서 향기를 포집한 뒤 튜브를 통해 흡수합니다.

GCMS 시스템은 원시 데이터를 인식하고 이를 클라우드로 전송하여 POM 상의 좌표로 표시합니다. 이 정교한 AI 기반 도구는 향기를 다차원 공간에 매핑해 특정 분자 조합이 어떤 냄새를 내는지 예측하고 보다 정확한 재현을 가능하게 합니다.

그 후 포뮬러는 포뮬레이션 로봇으로 전달되어 다양한 향기를 혼합해 샘플을 생성합니다. 이러한 도구들은 지속적으로 테스트되어 프로세스를 개선합니다.

마지막 단계에서는 원본 샘플과 복제본을 비교해 높은 유사성을 달성하는 것이 목표였습니다. 팀은 원래의 향기 계열에 맞는 향기를 재현하려고 하며, 각 실험마다 향기의 모든 뉘앙스를 더 잘 포착할 수 있었습니다.

아무도 이전에 성공하지 못한 일을 우리는 하고 있습니다.

– Osmo

문제는 일부 분자는 센서에 거의 감지되지 않지만, 그 미세함에도 불구하고 전체 향기에 큰 영향을 미친다는 점입니다.

또한, 분자 내에서 아주 작은 구조 변화를 주면 장미 향에서 썩은 달걀 냄새로 바뀔 수 있습니다. 일상적인 향기에 포함된 일부 분자는 아직도 확인되지 않은 상태입니다.

현재 진행 중인 데이터 수집 과정을 통해 Osmo는 이러한 문제들을 해결하고 새로운 분자를 재현하는 방법을 찾고자 합니다.

팀은 이미 세계 최대 규모의 AI 호환 향기 데이터베이스를 구축했으며, 이는 알고리즘을 훈련하고 향기 감각을 정교화하는 데 필요합니다. 그러나 이 방대한 데이터를 활용 가능하게 만들기 위해서는 인간의 지도(가이드)가 필요하며, 이는 Osmo 팀이 곧 극복하고자 하는 과제입니다.

다음 단계에서는 Osmo가 선택된 데모를 공개하여 사람들이 직접 향기 텔레포테이션을 체험하고, 스타트업의 기술과 향기 재현 효율성을 검토할 수 있도록 할 예정입니다.

이를 통해 스타트업은 아름다운 향기를 다른 사람과 쉽게 공유함으로써 세계를 하나로 모으는 데 한 걸음 더 다가가게 됩니다. 그리고 궁극적으로는 향기로 질병을 감지하는 것이 목표이며, 이는 “올해나 곧 이루어질 일은 아니지만, 우리는 그 길을 가고 있다”고 Wiltschko는 말했습니다.

신기술 발전을 돕는 기업들

이제 향기와 커피 같은 향을 인터넷을 통해 사진처럼 공유할 수 있는 새로운 가상 경험을 만들고 있는 기업들을 살펴보겠습니다.

현재 디지털 향기 기술에 새로운 접근 방식을 개척하고 있는 혁신적인 스타트업이 몇몇 있습니다.

Aryballe은 생화학 센서, 머신러닝, 고급 광학을 결합해 향기 데이터를 수집, 표시, 분석하는 기업입니다. 이들의 하드웨어 솔루션은 Aryballe의 실리콘 포토닉스 기반 플랫폼을 기반으로 하며, 향기 데이터를 감지, 기록, 인식합니다. Aryballe은 또한 수천 가지 향기에 민감하고 고객의 유체·기계·전기 아키텍처에 통합될 수 있는 고체 상태 향기 센서인 Core Sensor Module(CSM)을 제공합니다.

Aromyx는 합성 생물학과 데이터 과학을 활용해 맛과 향을 측정하는 소비자 지향 바이오테크 스타트업입니다. 인간 코의 생물학을 재현함으로써 고객에게 통찰을 제공하며, 기업은 Aromyx의 소프트웨어와 AI 프로그램을 사용해 데이터를 클라우드에 배치해 비교·모델링·시뮬레이션·해석을 수행할 수 있습니다.

Monell Chemical Senses Center는 독립적인 비영리 과학 연구소로, 분자 구조를 기반으로 향기 품질을 예측하는 대규모 머신러닝 알고리즘을 개발하고, 상업 파트너와 협력해 향기를 감지·생성·공유하는 장치를 구축하고 있습니다. 이들의 Project AROMA는 향기를 분류하는 보편적인 시스템을 설계하는 최적 방안을 평가하고 있습니다.

디지털 후각은 매우 전문적이고 초기 단계의 분야이기 때문에, 직접적으로 개발에 참여하고 있는 공개 기업은 거의 없습니다. 그러나 관련 기술에서 진전을 이루고 있는 기업들은 존재합니다.

1. Thermo Fisher Scientific

시가총액 2110억 달러 규모의 Thermo Fisher Scientific (TMO ) 은 현재 주가가 연초 대비 3.95% 상승해 $551.74에 거래되고 있으며, GCMS 시스템을 통해 디지털 후각에 기여할 수 있습니다. 이들의 솔루션은 모든 실험실 워크플로에 맞게 설계되었습니다.

이 회사는 EPS(TTM) 15.95, P/E(TTM) 34.60, 배당 수익률 0.28%를 보유하고 있습니다. 2024년 3분기에 보고한 매출은 10.60억 달러였습니다.

2. International Flavors & Fragrances

시가총액 235.9억 달러 규모의 이 회사는 주로 향료와 향을 만들지만, AI 기반 향기 창조와 감각 인식과 같은 향기 혁신 기술에도 투자하고 있습니다.

이 회사는 수년 전 자체 AI 도구를 개발했으며, 이를 소비자 인식 데이터와 신경과학과 결합해 향기를 설계합니다. “우리는 향기와 감정, 그리고 향기와 감정 사이의 연결에 대한 폭넓은 이해를 구축하기 시작했습니다,”라고 IFF의 커뮤니케이션 및 브랜딩 부문 부사장인 Judith Gross가 말했습니다. 데이터베이스는 단순 감정에서 색상과 질감으로 전환되었습니다.

한편, IFF의 Sensory Perception 기술은 섬유에 향기를 일정 기간 동안 방출하도록 하는 마이크로캡슐화 전달 시스템입니다.

작성 시점에 IFF 주가는 $92.56에 거래되고 있으며 연초 대비 14% 상승했습니다. EPS(TTM)는 -9.10, P/E(TTM)는 -10.15, 배당 수익률은 1.73%입니다. 2024년 3분기에 순매출은 29.3억 달러이며 영업 현금 흐름은 7.02억 달러였습니다.

3. Alphabet (GOOGL )

앞서 언급했듯이, Google의 AI 혁신은 Osmo의 디지털 후각 연구에 핵심적인 역할을 했습니다. AI의 방대한 잠재력을 감안할 때, 이 기술은 기술 대기업인 Alphabet에서도 계속 집중되고 있으며, 3분기 실적 발표 콜에서 다음과 같이 언급되었습니다:

“우리는 차별화된 풀스택 AI 혁신 접근 방식을 통해 AI 시대를 선도할 독특한 위치에 있으며, 이제 이를 대규모로 운영하고 있습니다.”

Google의 AI 혁신은 데이터 센터와 칩을 포함한 강력한 AI 인프라, AI 연구를 진전시키고 모델을 구축하는 연구팀, 그리고 제품을 통한 광범위한 글로벌 도달을 포함합니다.

이번 분기에 Google의 모회사인 Alphabet은 매출 882.7억 달러를 보고했으며, 전년 대비 15% 성장했습니다. 클라우드 매출은 특히 강력하게 113.5억 달러를 기록했으며, 이는 전년 대비 거의 35% 증가했으며 AI 제품이 주된 원동력이었습니다.

결론

지금까지 향기를 공유하는 것은 우리의 기억이나 경험을 전달하는 데에만 국한되었습니다. 그러나 향기를 디지털화하면 실제 향기를 재현할 수 있게 되어, 제품 디자인, 확장 현실, 품질 관리, 의료 등 다양한 산업에서 무한한 새로운 가능성을 열어줄 수 있습니다.

따라서 일상 제품을 위한 보다 지속 가능한 향기 분자를 만들고, 모기를 퇴치해 말라리아와 같은 모기 매개 질병을 예방하는 분자를 예측하는 것부터, 향기 디지털화는 기억에 남는 경험을 창출하고 인간 건강을 개선하여 모두에게 더 나은 미래를 만들 수 있습니다.

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