Från molekyler till minnen: Doftteleporteringens era har börjat

Kan du föreställa dig att skicka den vackra doften du kände på en vandring lika enkelt som en sång eller bild till din vän eller familj?

Nåväl, nu kan du det eftersom digitalisering har gjort det möjligt. Precis. Precis som alla andra delar av ditt liv blir även doft digitaliserad!

Att digitalisera lukt, även kallat digital olfaktion, är processen att fånga, överföra och återskapa dofter med hjälp av sensorer och mjukvara.

Genom att efterlikna hur den mänskliga hjärnan identifierar och särskiljer dofter kan digital olfaktion användas för att skapa digitala doftmedier, utveckla nya produkter, upptäcka sjukdomar, förutsäga molekyler och odla mat.

Jämfört med bilder har lukt en mycket större potential att påverka människor. Trots allt utlöser olfaktorisk stimulans mer hjärnaktivitet än visuell stimulans.

Trots detta har majoriteten av vetenskapliga framsteg handlat om syn och hörsel. Idag erbjuder smarta enheter som telefoner och bärbara datorer nästan alla imponerande inbyggda funktioner som främst är centrerade kring ljud och ljus. Doft har ännu inte fått samma teknologiska möjligheter och framsteg eftersom den, bland annat, är personlig.

Den olfaktoriska regionen i hjärnan är direkt kopplad till hippocampus, som är förknippad med minne och kognition, samt området som ansvarar för att bearbeta känslor (amygdala). Som ett resultat har arom en kraftfull förmåga att utlösa ett specifikt minne.

Men viktigast av allt är att den är extremt komplex. Det finns cirka 1000 gener för doftreceptorer, som kodar ett motsvarande antal olfaktoriska receptortyper.

Intressant nog finns det tre kända typer av fotoreceptorer i ögat, medan olfaktoriska receptorer är fördelade över 6 miljoner specialiserade sensoriska nervceller som sitter i näsans övre del.

Det är faktiskt denna komplexitet i lukt som gör att våra näsor kan upptäcka Parkinsons sjukdom. Samtidigt har djur som hundar och bin en så djup luktsinne att de kan sniffa upp cancer och Alzheimers. Dock är samma komplexitet anledningen till att vi har så begränsad förståelse för det olfaktoriska systemet.

Saker förändras dock nu när dofter digitaliseras.

Kartläggning av det osynliga: Bygga en digital karta över lukt

Att försöka förstå lukt har pågått länge, men hittills har det varit ganska begränsat.

Dock har teknologiska framsteg lett till ett växande fokus, vilket resulterat i skapandet av Digital Olfaction Society (DOS). Den syftar till att skapa enheter som kan spela in dofter, omvandla dem till digital data, överföra dem och slutligen återskapa dem i olika delar av världen.

DOS leder för närvarande ett globalt projekt för att fånga och arkivera dofter från olika platser för kulturbevarande. För detta bjuder gruppen in experter från hela världen att digitalisera dofter från sina lokala områden, som sedan kommer att rekonstitueras av ett dedikerat team i Tokyo.

För ett par år sedan utvecklade forskare från Kyushu University i Japan, i samarbete med University of Tokyo, även utvecklat en olfaktorisk sensor kallad ‘artificiell näsa’, som kunde identifiera individer genom att analysera föreningarna i deras andning. Byggd med en 16-kanals sensorarray kunde den ‘artificiella näsan’ biometriskt autentisera med en genomsnittlig noggrannhet på över 97%.

Nu teleporterar Osmo framgångsrikt doft från en del av världen till en annan. En viktig aktör inom detta område, Osmo, använder Google Cloud AI-teknik för att digitalisera lukt för att “ge alla en chans till ett bättre liv”.

Osmo föreställer sig en ny era där datorer kan generera dofter på samma sätt som de genererar bilder och ljud.

I en intervju med CNBC för ett par månader sedan delade Osmo medgrundare och VD Alex Wiltschko sin besatthet av lukt, och sade:

“Det har varit min passion att försöka förstå lukt. Det är en mycket kraftfull känslomässig sinnesupplevelse, men vi vet så lite om den.”

Wiltschko, som har studerat neurovetenskap vid University of Michigan och specifikt olfaktorisk neurovetenskap vid Harvard, startade Osmo som ett forskningsprojekt på Google (GOOGL ) innan det lanserades som startup 2022 med 60 miljoner dollar stöd från Google Ventures och Lux Capital. Sent förra året beviljade Bill & Melinda Gates Foundation också tilldelat Osmo ett bidrag på 3,5 miljoner dollar, vilket lade till dess 5 miljoner dollar i eget kapital.

På Google Research arbetade Wiltschko med att validera forskningen kring digital olfaktion i Brain-teamet.

Där var fokus på att använda Graph Neural Networks (GNN) för att uppnå ett genombrott i att förutsäga lukten av en molekyl utifrån dess struktur. Vidare forskning genomfördes för att designa nya molekyler som ännu inte hade luktats på och sedan förutsäga dem med hög precision. Teamet skapade också molekyler som avvisar myggor men som luktade mycket starkt i mänskliga tester.

År 2022 skrev Wiltschko, tillsammans med Richard C. Gerkin från Google Research, om användning av molekylära kartor för att förstå lukt.

Teamet föreslog sensoriska kartor för att hjälpa till att mäta en lukt, som produceras av molekyler som driver genom luften, sedan kommer in i våra näsor och fäster sig vid sensoriska receptorer där. Men med miljarder molekyler som kan producera en lukt är det svårt att exakt ta reda på vilka molekyler som ger vilka dofter.

Medan vi har kartor för färger via färghjulet och använder frekvens för att kartlägga ljud, finns det inga användbara kartor för lukt på grund av den komplexitet som nämnts ovan.

För några år sedan, innan den här bloggen, utvecklade teamet GNN-modellen som utforskade tusentals exempel på distinkta molekyler kopplade till luktetiketter för att lära sig sambandet mellan en molekyls struktur och sannolikheten för att ha en luktetikett.

Varje molekyl representerades som en vektor som uttrycker molekylen i dess doft. Baserat på detta introducerades en “Principal Odor Map” (POM) för att identifiera vektorreprensentationen av varje luktande molekyl.

Klicka här för att lära dig om en ny typ av olfaktorisk chip som kan simulera den naturliga luktsinnet.

En ny verklighet: Doftteleportering är äntligen här

Förra året talade Wiltschko, Osmo VD, om att använda Google Clouds AI-teknik för att tackla utmaningen att kartlägga vårt luktsinne för att förbättra mänskligt välbefinnande.

Under de senaste åren har artificiell teknik har vuxit avsevärt i popularitet och användning. Enligt en McKinsey-undersökning har AI-adoptionen ökat till hela 72 % år 2024 när den används i allt fler delar av verksamheten. AI förväntas enligt PwC bidra med 15,7 biljoner dollar till den globala ekonomin år 2030.

AI har helt enkelt inte lämnat någon sektor orörd, men till skillnad från AI‑chatbots, som kan tränas på data från “hela internet”, har ett liknande digitalt bibliotek med information om dofter inte funnits tillgängligt.

Ett genombrott inom maskinell olfaktion kom genom DREAM Olfaction Prediction Challenge som hölls för nästan ett decennium sedan för att team världen över skulle dela sina ML-modeller.

Sedan dess har datasetet vuxit, och nu använder Osmo AI för att katalogisera den exceptionellt breda världen av dofter. Det uppskattas att så många som 40 miljarder molekyler sannolikt har en lukt, men endast 100 miljoner av dem är kända.

Startupen använder Google Cloud AI-lösningar för att bearbeta denna enorma mängd data. En av lösningarna inkluderar Vertex AI, som används för att träna AI.

“Det var supermänskligt i sin förmåga att förutsäga hur saker luktade.”

– Wiltschko

När maskininlärningsmodellerna är byggda, tränade och distribuerade i skala körs de över ett stort molekylbibliotek med Dataflow och resultaten lagras i BigQuery och Bigtable.

Medan det slutgiltiga målet är att möjliggöra för datorer att göra allt som våra näsor kan—så småningom hjälpa medicinska yrkespersoner att upptäcka sjukdomar—är Osmo på kort sikt inriktat på att skapa hållbara och säkrare aromamolekyler för dofter som parfym, insektsmedel och tvättmedel.

Doften i dessa produkter är vanligtvis “designad av ett mycket litet antal hemliga företag”, och Wiltschko tror att hans företag “kan göra bättre… genom att bygga bättre och säkrare ingredienser som inte är giftiga … och som inte irriterar din hud eller dina ögon”.

Med detta har Osmo framgångsrikt teleporterat doften av en plommon. Som teamet förklarar betyder detta att Osmo har lärt datorer att läsa, kartlägga och skriva en doft från dess ursprungliga form och sedan återskapa lukten eller dess essens på en annan plats.

“Denna utveckling har enorma konsekvenser över branscher från doft, hälsa, säkerhet, jordbruk och mer,” noterade Osmo i sin videouppdatering.

Introducerad tidigare i år, vad som beskrivs som “Osmos mest ambitiösa projekt”, har Doftteleportering framgångsrikt uppnåtts i laboratoriet, meddelade Osmo och beskrev processen.

Det första framgångsrika försöket involverade en enkel skiva kokos men använde ett nytt tillvägagångssätt, som kräver ingen mänsklig inblandning förutom på in- och utmatningsnivåerna. Detta är resultatet av veckovisa experiment som utförts med modern mjukvara och AI. Teamet noterade:

“(Sedan vi först annonserade doftteleportering) har vi gjort en förbluffande mängd framsteg. Varje månad gör vi Doftteleportering lite snabbare, lite mer automatiserad, och utmanar den att överföra mer komplexa dofter.”

Vetenskapen bakom doftteleportering: Hur fungerar det?

Så fungerar tekniken för doftteleportering: först introduceras den valda doften till en maskin som kallas Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GCMS), en teknik som används för att identifiera och analysera ämnen i ett prov.

Medan en vätska kan injiceras direkt används headspace-analys för ett fast prov, som en plommon. Denna analys innebär att fånga doften i luften runt objektet och sedan absorbera den genom ett rör.

GCMS-systemet känner igen rådata och skickar sedan den till molnet, där den visas som en koordinat på dess POM. Detta sofistikerade AI-drivna verktyg kartlägger dofter i ett multidimensionellt rum för att hjälpa till att förutsäga hur en specifik molekylkombination luktar och möjliggör mer exakta återgivningar.

Formeln överförs till Formulation Robot, som blandar olika dofter för att producera provet. Dessa verktyg testas ständigt för att hjälpa till att förfina processerna.

I sista steget jämförde teamet det ursprungliga provet med kopian med målet att uppnå en hög grad av likhet. Teamet strävar efter att återskapa dofter som överensstämmer med deras ursprungliga luktfamiljer, och med varje försök lyckades de bättre fånga varje nyans som är inneboende i dofter.

“Vi gör något som ingen tidigare har lyckats med.”

– Osmo

Saken är den att vissa molekyler knappt registreras av sensorer, men trots deras subtilitet har de en betydande inverkan på den övergripande doften.

Dessutom kan bara en liten förändring i en molekyl potentiellt förändra dess doft från rosor till ruttna ägg. Sedan finns problemet med att vissa molekyler som ingår i vardagliga dofter förblir oidentifierade.

Med sin pågående datainsamlingsprocess syftar Osmo till att lösa några av dessa problem och hitta nya sätt att återskapa molekyler.

Teamet har redan skapat den “största AI-kompatibla doftdatabasen i världen”, som krävs för att träna algoritmer och förfina deras doftsinne. Det finns dock fortfarande utmaningen att göra all denna data användbar, vilket kräver mänsklig vägledning – ett hinder som Osmo-teamet hoppas övervinna snart.

I nästa steg kommer Osmo att öppna utvalda demo för allmänheten så att de kan uppleva doftteleporteringen direkt och granska startupens teknik samt hur effektiv den är i att reproducera doften.

Med detta kommer startupen närmare att föra världen samman på ett av de mest grundläggande sätten, där en vacker doft du känner kan delas enkelt med någon annan. Så småningom planerar Osmo att låta sjukdomar upptäckas med lukt, vilket är “inte något som kommer att hända i år eller inom kort, men vi är på väg”, sade Wiltschko.

Företag som hjälper till att driva den unga tekniken framåt

Låt oss nu titta på företag som arbetar med att skapa denna nya virtuella upplevelse där man kan dela dofter av parfymer och kaffe över internet, precis som deras bilder publiceras.

För närvarande finns det några innovativa startups som banar väg för nya tillvägagångssätt inom digital luktteknik.

Aryballe är ett företag som kombinerar biokemiska sensorer, ML och avancerad optik för att samla in, visa och analysera luktdata. Dess hårdvarulösningar bygger på Aryballes plattform baserad på kisel-fotonik, som upptäcker, registrerar och känner igen luktdata. Aryballe erbjuder också en fastställd luktssensor kallad Core Sensor Module (CSM) som är känslig för tusentals dofter och kan integreras i kundernas fluidiska, mekaniska och elektriska arkitektur.

Aromyx är en annan konsumentinriktad biotech-startup som mäter smak och lukt med syntetisk biologi och datavetenskap. Återskapandet av den mänskliga näsans biologi ger insikter till deras kunder. Företag kan använda Aromyx mjukvara och AI-program för att distribuera sina data till dess omfattande moln för jämförelse, modellering, simulering och tolkning.

Monell Chemical Senses Center, å andra sidan, är ett oberoende, ideellt forskningsinstitut som utvecklar storskaliga ML-algoritmer för att förutsäga luktkvalitet baserat på molekylstruktur och slutligen bygga enheter i samarbete med kommersiella partners för att upptäcka, generera och dela dofter. Dess Project AROMA utvärderar för närvarande de bästa sätten att designa ett universellt system för att klassificera dofter.

Eftersom digital olfaktion är ett mycket specialiserat och ungt område finns det egentligen inga börsnoterade företag som är direkt involverade i dess utveckling. Det finns dock några som gör framsteg inom relaterad teknik.

1. Thermo Fisher Scientific

Det $211 miljarder stora börsvärdet Thermo Fisher Scientific (TMO ), vars aktier har stigit 3,95 % hittills i år och handlas till $551,74, kan bidra till digital olfaktion genom sitt GCMS-system. Dess lösningar är utformade för att passa alla laboratoriearbetsflöden.

Företaget har ett EPS (TTM) på 15,95, ett P/E (TTM) på 34,60 och en utdelningsavkastning på 0,28 %. För Q3 2024 rapporterade en omsättning på 10,60 miljarder dollar.

2. International Flavors & Fragrances

Detta företag med ett börsvärde på 23,59 miljarder dollar arbetar främst med att skapa dofter och smaker men har också investerat i doftinnovations-teknologier som AI-driven doftskapande och sensorisk perception.

Företaget skapade sitt interna AI-verktyg för många år sedan och använder det, tillsammans med konsumentuppfattningsdata och neurovetenskap, för att designa dofter. “Vi började bygga en omfattande förståelse för sambandet mellan lukt, dofter och känslor,” sade Judith Gross, vice president för kommunikation och varumärkesbyggande, doftdivisionen, på IFF, och tillade att databasen har gått från enkla känslor till färger och texturer.

Samtidigt är dess Sensory Perception teknik ett mikroinkapslingsleveranssystem för textilier som möjliggör att doft frigörs från kläder och andra textilier över en tidsperiod.

Vid skrivandet handlas IFF-aktier till $92,56, upp 14 % hittills i år, med ett EPS (TTM) på -9,10, ett P/E (TTM) på -10,15 och en utdelningsavkastning på 1,73 %. För Q3 2024 rapporterade de nettoförsäljning på 2,93 miljarder dollar och 702 miljoner dollar i kassaflöde från verksamheten.

3. Alphabet (GOOGL )

Som vi delade, har Googles AI-innovation spelat en nyckelroll i Osmos forskning kring digital olfaktion. Med tanke på AI:s enorma potential fortsätter teknologin vara i fokus för teknikjätten, som noterade under 3Q24 resultatsamtal:

“Vi är unikt positionerade för att leda i AI-eran på grund av vårt differentierade helhetsstrategi för AI-innovation, och vi ser nu detta fungera i skala.”

AI-innovation på Google innebär en robust AI-infrastruktur som inkluderar datacenter och chip, forskarteam som driver AI-forskning och bygger modeller, samt en bred global räckvidd genom dess produkter.

För detta kvartal rapporterade Googles moderbolag en omsättning på 88,27 miljarder dollar, vilket ökade med 15 % år‑över‑år. Dess molnomsättning var särskilt stark på 11,35 miljarder dollar, en ökning med nästan 35 % från ett år sedan, drivet av AI-erbjudanden.

Slutsats

Hittills har delning av lukt varit begränsad till att dela vårt minne eller vår upplevelse av den. Digitalisering av lukt kommer dock att möjliggöra den faktiska återgivningen av doften och har därmed potential att låsa upp otaliga nya möjligheter över branscher, inklusive produktdesign, utökad verklighet, kvalitetskontroll och sjukvård.

Så, från att skapa mer hållbara aromamolekyler för vardagsprodukter till att förutsäga molekyler som avvisar insekter för att förhindra myggburna sjukdomar som malaria, kan luktdigitalisering hjälpa till att skapa minnesvärda upplevelser och förbättra människors hälsa, vilket skapar en bättre framtid för oss alla!

Klicka här för att lära dig allt om att investera i artificiell intelligens.