Fra molekyler til minner: Eraen med duft‑teleportering begynner

Kan du forestille deg å sende den vakre duften du luktet på en fottur like enkelt som en sang eller et bilde til en venn eller familie?

Vel, nå kan du det fordi digitalisering har gjort det mulig. Det stemmer. Akkurat som alle de andre delene av livet ditt, blir duft også digitalisert!

Digitalisering av lukt, også kjent som digital olfaksjon, er prosessen med å fange, overføre og gjenskape dufter ved hjelp av sensorer og programvare.

Ved å kopiere hvordan den menneskelige hjernen identifiserer og skiller mellom lukter, kan digital olfaksjon brukes til å lage digitale duftmedier, utvikle nye produkter, oppdage sykdommer, forutsi molekyler og dyrke mat.

Sammenlignet med bilder har lukt et langt større potensial til å påvirke mennesker. Tross alt utløser olfaktorisk stimulering mer hjerneaktivitet enn visuell stimulering.

Til tross for dette har de fleste vitenskapelige fremskritt dreid seg om syn og lyd. I dag tilbyr smarte enheter som telefoner og bærbare datamaskiner til nesten alle imponerende innebygde funksjoner som hovedsakelig er sentrert rundt lyd og lys. Duft har ennå ikke fått de samme teknologiske mulighetene og fremskrittene fordi den, blant annet, er personlig.

Den olfaktoriske regionen i hjernen er direkte koblet til hippocampus, som er knyttet til hukommelse og kognisjon, samt området som er ansvarlig for å behandle følelser (amygdala). Som et resultat har aroma den kraftige evnen til å utløse et spesifikt minne.

Men viktigst av alt er at den er ekstremt kompleks. Det finnes omtrent 1000 gener for duftreseptorer, som koder for et tilsvarende antall olfaktoriske reseptortyper.

Interessant nok finnes det tre kjente typer fotoreseptorer i øyet, mens olfaktoriske reseptorer er fordelt på 6 millioner spesialiserte sensoriske nerveceller som befinner seg i den øvre delen av nesen.

Det er faktisk denne kompleksiteten i lukt som gjør at nesene våre kan oppdage Parkinsons sykdom. Samtidig har dyr som hunder og bier en så dyp luktesans at de kan lukte både kreft og Alzheimers. Imidlertid er den samme kompleksiteten grunnen til at vi har så dårlig forståelse av det olfaktoriske systemet.

Ting, imidlertid, er i endring etter hvert som dufter digitaliseres.

Kartlegging av det usynlige: Bygge et digitalt kart over lukt

Å prøve å forstå lukt har pågått lenge, men så langt har det vært ganske begrenset.

Imidlertid har teknologiske fremskritt ført til økt fokus, noe som har resultert i opprettelsen av Digital Olfaction Society (DOS). Den har som mål å lage enheter som kan registrere dufter, omdanne dem til digitale data, overføre dem, og til slutt gjenskape dem i ulike deler av verden.

DOS leder for tiden et globalt prosjekt for å fange og arkivere duftene fra ulike steder for kulturell bevaring. Til dette inviterer gruppen eksperter fra hele verden til å digitalisere duftene fra sine lokale områder, som vil bli rekonstituert av et dedikert team i Tokyo.

For noen år siden utviklet forskere fra Kyushu University i Japan, i samarbeid med University of Tokyo, også utviklet en olfaktorisk sensor kalt ‘kunstig nese’, som kunne identifisere individer ved å analysere forbindelsene i pusten deres. Bygget med et 16-kanals sensorarray, var den ‘kunstige nesen’ i stand til biometrisk autentisering med en gjennomsnittlig nøyaktighet på over 97%.

Nå teleporterer Osmo duft fra én del av verden til en annen med suksess. En viktig aktør innen dette feltet, Osmo, bruker Google Cloud AI-teknologi for å digitalisere lukt for å «gi alle en sjanse til et bedre liv».

Osmo ser for seg en ny æra hvor datamaskiner vil kunne generere dufter på samme måte som de genererer bilder og lyder.

I et intervju med CNBC for et par måneder siden delte Osmo‑medgründer og administrerende direktør Alex Wiltschko sin besettelse med lukt, og sa:

«Det har vært min lidenskap å prøve å forstå lukt. Det er en svært kraftig emosjonell sans, men vi vet så lite om den.»

Wiltschko, som har studert nevrovitenskap ved University of Michigan og spesielt olfaktorisk nevrovitenskap ved Harvard, startet Osmo som et forskningsprosjekt hos Google (GOOGL ) før han lanserte det som en oppstart i 2022 med $60 millioner støtte fra Google Ventures og Lux Capital. Sent i fjor ga Bill & Melinda Gates Foundation også tildelt Osmo et tilskudd på $3.5 millioner, i tillegg til sin $5 millioner egenkapitalinvestering.

Hos Google Research jobbet Wiltschko med å validere forskningen på digital olfaksjon i Brain‑teamet.

Der var fokuset på å bruke Graph Neural Networks (GNN) for å oppnå et gjennombrudd i å forutsi lukten av et molekyl ut fra strukturen. Videre forskning ble utført på å designe nye molekyler som ikke tidligere hadde blitt luktet, og deretter forutsi dem med høy presisjon. Teamet laget også molekyler som avviser mygg, men som luktet svært kraftig i menneskelige tester.

I 2022 skrev Wiltschko, sammen med Richard C. Gerkin fra Google Research, om bruk av molekylære kart for å forstå lukt.

Teamet foreslo sensoriske kart for å hjelpe med å måle en lukt, som produseres av molekyler som driver gjennom luften, deretter kommer inn i nesene våre og binder seg til sensoriske reseptorer der. Men med milliarder av molekyler som kan produsere en lukt, er det vanskelig å finne ut nøyaktig hvilke molekyler som gir hvilke lukter.

Mens vi har kart for farger gjennom fargehjulet og bruker frekvens for å kartlegge lyder, finnes det ingen nyttige kart for lukt på grunn av den involverte kompleksiteten, som vi nevnte ovenfor.

For noen år siden, før denne bloggen, utviklet teamet GNN‑modellen som utforsket tusenvis av eksempler på ulike molekyler kombinert med luktetiketter for å lære forholdet mellom et molekyls struktur og sannsynligheten for å ha en luktetikett.

Hvert molekyl ble representert som en vektor som uttrykker molekylet i sin lukt. Basert på dette ble et «Principal Odor Map» (POM) introdusert for å identifisere vektorrepresentasjonen av hvert luktende molekyl.

Klikk her for å lære om en ny type olfaktorisk chip som kan simulere naturlig luktesans.

En ny virkelighet: Duft‑teleportering er endelig her

I fjor snakket Wiltschko, administrerende direktør i Osmo, om å bruke Google Clouds AI‑teknologi for å takle utfordringen med å kartlegge vår luktesans for å forbedre menneskelig velvære.

I løpet av de siste par årene har kunstig teknologi vokst betydelig i popularitet og bruk. Ifølge en McKinsey‑undersøkelse har AI‑adopsjon økt til hele 72 % i 2024 ettersom den brukes i økende grad i flere deler av virksomheten. AI er faktisk anslått av PwC å bidra med $15.7 trillioner til den globale økonomien innen 2030.

AI har rett og slett berørt ingen sektor, men i motsetning til AI‑chatboter, som kan trenes på data fra «hele internett», har et tilsvarende digitalt bibliotek med informasjon om dufter ikke vært tilgjengelig.

Et gjennombrudd innen maskinell olfaksjon kom gjennom DREAM Olfaction Prediction Challenge som ble arrangert for nesten et tiår siden for lag over hele verden til å dele sine ML‑modeller.

Siden da har dette datasettet vokst, og nå bruker Osmo AI til å katalogisere den eksepsjonelt brede verden av dufter. Det anslås at så mange som 40 milliarder molekyler sannsynligvis har en lukt, men kun 100 millioner av dem er kjent.

Oppstarten bruker Google Cloud AI‑løsninger for å behandle denne enorme mengden data. En av løsningene inkluderer Vertex AI, som brukes til å trene AI.

«Det var overmenneskelig i sin evne til å forutsi hvordan ting luktet.»

– Wiltschko

Når maskinlæringsmodellene er bygget, trent og distribuert i stor skala, kjøres de over et stort molekylbibliotek ved hjelp av Dataflow og har resultater i BigQuery og Bigtable.

Mens sluttmålet er å gjøre datamaskiner i stand til å gjøre alt nesene våre kan—til slutt hjelpe medisinske fagfolk med å oppdage sykdommer—er Osmo på kort sikt fokusert på å lage bærekraftige og tryggere aromamolekyler for dufter som parfyme, insektmidler og vaskemidler.

Duften i disse produktene er vanligvis «designet av et svært lite antall hemmelige selskaper», og Wiltschko mener at hans selskap «kan gjøre det bedre… ved å bygge bedre og tryggere ingredienser som ikke er giftige … og som ikke irriterer huden eller øynene dine».

Med det har Osmo med suksess teleportert duften av en plomme. Som teamet forklarer, betyr dette at Osmo har lært datamaskiner hvordan de skal lese, kartlegge og skrive en duft fra dens opprinnelige form og deretter gjenskape lukten eller dens essens på et annet sted.

«Denne utviklingen har massive implikasjoner på tvers av industrier fra duft, helse, sikkerhet, landbruk og mer», bemerket Osmo i sin videooppdatering.

Introdusert tidligere i år, det som beskrives som «Osmos mest ambisiøse prosjekt», Duft‑teleportering har blitt oppnådd med suksess i laboratoriet, kunngjorde Osmo, og detaljert prosessen.

Det første vellykkede forsøket involverte en enkel skive kokosnøtt, men benyttet en ny tilnærming som krever ingen menneskelig inngripen bortsett fra på inn‑ og utdata‑nivåene. Dette er resultatet av ukentlige eksperimenter utført med moderne programvare og AI. Teamet bemerket:

«(Siden vi først kunngjorde duft‑teleportering) har vi gjort en forbløffende fremgang. Hver måned gjør vi duft‑teleportering litt raskere, litt mer automatisert, og utfordrer den til å overføre mer komplekse lukter.»

Vitenskapen bak duft‑teleportering: Hvordan fungerer det?

Måten duft‑teleporteringsteknologien fungerer på er at den valgte duften først introduseres til en maskin kalt Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GCMS), som er en teknikk brukt til å identifisere og analysere stoffer i en prøve.

Mens en væske kan injiseres direkte, brukes headspace‑analyse for en fast prøve, som en plomme. Denne analysen innebærer å fange duften i luften rundt objektet og deretter absorbere den gjennom et rør.

GCMS‑systemet gjenkjenner rådataene og sender dem deretter til skyen, hvor de vises som en koordinat på dens POM. Dette sofistikerte AI‑drevne verktøyet kartlegger lukter inn i et multidimensjonalt rom for å hjelpe med å forutsi hvordan en spesifikk molekylkombinasjon lukter og muliggjør mer nøyaktige gjenskaper.

Formelen overføres til Formulation Robot, som blander ulike dufter for å produsere prøven. Disse verktøyene blir kontinuerlig testet for å hjelpe med å forbedre prosessene.

I det siste trinnet sammenlignet teamet den originale prøven med kopien med mål om å oppnå en høy grad av likhet. Teamet har som mål å gjenskape dufter som samsvarer med deres opprinnelige luktfamilier, og med hvert forsøk klarte de å fange opp hver nyanse som er iboende i lukter bedre.

«Vi gjør noe som ingen har klart før.»

– Osmo

Saken er at noen molekyler knapt registreres av sensorene, men til tross for deres subtile natur har de en betydelig innvirkning på den samlede duften.

Også, bare å flytte en liten del i et molekyl kan potensielt endre duften fra roser til råtne egg. Så er det problemet med at noen molekyler som er involvert i hverdagsdufter fortsatt er uidentifiserte.

Med sin datainnsamlingsprosess, som for øyeblikket pågår, har Osmo som mål å løse noen av disse problemene og finne nye måter å gjenskape molekyler på.

Teamet har allerede opprettet den «største AI‑kompatible duftdatabanken i verden», som er nødvendig for å trene algoritmer og finpusse deres duftsans. Imidlertid er det fortsatt utfordringen med å gjøre all denne dataen brukbar, noe som krever menneskelig veiledning – en hindring som Osmo‑teamet håper å overvinne snart.

I neste steg vil Osmo åpne utvalgte demoer for publikum slik at de kan oppleve duft‑teleportering direkte og vurdere oppstartens teknologi og hvor effektiv den er i å gjenskape lukten.

Med dette kommer oppstarten enda nærmere å samle verden på en av de mest essensielle måtene, hvor en vakker duft du lukter kan deles enkelt med noen andre. Og så, på sikt, har Osmo til hensikt å la sykdom oppdages med lukt, noe som «ikke vil skje i år eller snart, men vi er på vei», sa Wiltschko.

Selskaper som hjelper med å fremme den unge teknologien

La oss nå se på selskaper som jobber med å skape denne nye virtuelle opplevelsen hvor man kan dele lukten av parfymer og kaffe over internett, på samme måte som bildene deres blir lagt ut.

For øyeblikket finnes det noen få innovative oppstartsselskaper som baner vei for nye tilnærminger til digital luktteknologi.

Aryballe er en som kombinerer biokjemiske sensorer, ML og avansert optikk for å samle, vise og analysere luktdata. Maskinvareløsningene deres er basert på Aryballes silisium‑fotonikkbaserte plattform, som oppdager, registrerer og gjenkjenner luktdata. Aryballe tilbyr også en solid‑state luktensor kalt Core Sensor Module (CSM) som er sensitiv for tusenvis av lukter og kan integreres i kundenes flytende, mekaniske og elektriske arkitektur.

Aromyx er en annen forbrukerrettet biotek‑oppstart som måler smak og lukt ved hjelp av syntetisk biologi og datavitenskap. Å gjenskape den menneskelige nesens biologi gir innsikt til deres kunder. Bedrifter kan bruke Aromyx sin programvare og AI‑programmer for å distribuere dataene sine inn i deres omfattende sky for sammenligning, modellering, simulering og tolkning.

Monell Chemical Senses Center er derimot et uavhengig, ideelt vitenskapelig forskningsinstitutt som utvikler storskala ML‑algoritmer for å forutsi luktkvalitet basert på molekylstruktur og til slutt bygge enheter i samarbeid med kommersielle partnere for å oppdage, generere og dele dufter. Deres prosjekt AROMA evaluerer for tiden de beste måtene å designe et universelt system for klassifisering av lukter.

Siden digital olfaksjon er et svært spesialisert og ungt felt, finnes det egentlig ingen børsnoterte selskaper som er direkte involvert i utviklingen. Imidlertid finnes det noen som gjør fremskritt innen relaterte teknologier.

1. Thermo Fisher Scientific

Det $211 milliarder store markedsverdien til Thermo Fisher Scientific (TMO ), hvis aksjer er opp 3,95 % år‑til‑dato og handles til $551,74, kan bidra til digital olfaksjon gjennom sitt GCMS‑system. Løsningene deres er designet for å passe enhver laboratorie‑arbeidsflyt.

Selskapet har en EPS (TTM) på 15,95, en P/E (TTM) på 34,60 og en utbytteavkastning på 0,28 %. For Q3 2024 rapportert inntekter på $10,60 milliarder.

2. International Flavors & Fragrances

Dette selskapet med en markedsverdi på $23,59 milliarder jobber primært med å lage dufter og smaker, men har også investert i duftinnovasjonsteknologier som AI‑drevet duftskaping og sensorisk persepsjon.

Selskapet utviklet sitt interne AI‑verktøy for mange år siden og bruker det, sammen med data om forbrukeroppfatning og nevrovitenskap, for å designe dufter. «Vi begynte å bygge en omfattende forståelse av sammenhengen mellom lukting, dufter og følelser», sa Judith Gross, visepresident for kommunikasjon og merkevarebygging, duftdivisjon, i IFF, og la til at databasen har gått fra enkle følelser til farger og teksturer.

I mellomtiden er dens Sensory Perception teknologi et mikroinnkapslingsleveringssystem for tekstiler som gjør at duft kan frigjøres fra klær og andre tekstiler over en periode.

På tidspunktet for skrivingen handles IFF‑aksjer til $92,56, opp 14 % år‑til‑dato, med en EPS (TTM) på -9,10, en P/E (TTM) på -10,15 og en utbytteavkastning på 1,73 %. For 3Q24 rapporterte selskapet nettoomsetning på $2,93 milliarder og $702 millioner i kontantstrøm fra driften.

3. Alphabet (GOOGL )

Som vi delte, har Googles AI‑innovasjon spilt en nøkkelrolle i Osmos forskning på digital olfaksjon. Gitt det enorme potensialet til AI, fortsetter teknologien å være i fokus hos teknologigiganten, som bemerket under 3Q24 resultatpresentasjon:

«Vi er unikt posisjonert til å lede i AI‑æraen på grunn av vår differensierte full‑stack‑tilnærming til AI‑innovasjon, og vi ser nå dette operere i skala.»

AI‑innovasjon hos Google involverer en robust AI‑infrastruktur som inkluderer datasentre og chips, forskningsteam som fremmer AI‑forskning og bygger modeller, samt en bred global rekkevidde gjennom sine produkter.

For dette kvartalet rapporterte Googles morselskap inntekter på $88,27 milliarder, som vokste 15 % år‑over‑år. Sky‑inntektene var spesielt sterke med $11,35 milliarder, en økning på nesten 35 % fra ett år siden, drevet av AI‑tilbud.

Konklusjon

Frem til nå har deling av lukt vært begrenset til å dele vår hukommelse eller opplevelse av den. Imidlertid vil digitalisering av lukt tillate den faktiske gjenskapingen av lukten og dermed ha potensialet til å åpne utallige nye muligheter på tvers av industrier, inkludert produktdesign, utvidet virkelighet, kvalitetskontroll og helsevesen.

Så, fra å lage mer bærekraftige aromamolekyler for hverdagsprodukter til å forutsi molekyler som avviser insekter for å forhindre myggbårne sykdommer som malaria, kan digitalisering av lukt bidra til å skape minneverdige opplevelser og forbedre menneskers helse, og skape en bedre fremtid for oss alle!

Klikk her for å lære alt om investering i kunstig intelligens.