Представьте, что во время видеозвонка с другом вы можете почувствовать аромат его свежесваренного кофе. Или что интернет-магазин позволит не просто рассмотреть торт на экране, но и ощутить его запах. Подобные сценарии пока остаются экспериментальными, однако исследователи сделали шаг к их реализации.
Учёные из Университета штата Огайо (Ohio State University) и китайской исследовательской организации Zhejiang Laboratory разработали систему, которая распознаёт запахи с помощью искусственного интеллекта и позволяет воспроизводить их на расстоянии. Технология объединяет химические датчики, алгоритмы машинного обучения и компактные устройства, которые можно носить на запястье или шее.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Science Advances. В ходе экспериментов система позволила участникам распознавать воспроизведённые запахи с точностью около 73%. Это пока не полноценный цифровой аналог обоняния, но уже работающая демонстрация того, как запахи можно интегрировать в интернет-коммуникации.
Как работает передача запахов через интернет?
Передавать изображения и звуки в цифровом виде сравнительно просто: камера регистрирует свет, микрофон — звуковые колебания, после чего данные преобразуются в цифровой сигнал. С запахами всё сложнее. Они возникают благодаря молекулам химических веществ, которые попадают в нос и взаимодействуют с обонятельными рецепторами.
Поэтому для цифровой передачи запаха необходимо решить сразу две задачи: определить, какие химические соединения присутствуют в воздухе, и воспроизвести соответствующий аромат в другом месте.
Разработанная система решает эту проблему с помощью двух основных компонентов: электронной системы распознавания запахов и устройства для их воспроизведения.
Электронный нос распознаёт аромат
Первый компонент работает по принципу искусственного носа. Он оснащён газовыми датчиками, реагирующими на летучие органические соединения — химические вещества, которые испаряются и распространяются в воздухе, формируя характерный запах.
Однако датчикам недостаточно просто зарегистрировать присутствие определённых соединений. Их сигналы необходимо интерпретировать. Для этого исследователи используют алгоритмы машинного обучения, которые анализируют сочетания показаний сенсоров и определяют, к какой категории относится обнаруженный аромат.
По сути, искусственный интеллект выполняет роль классификатора: он сопоставляет полученные химические сигналы с известными образцами запахов.
Как аромат оказывается на другом конце сети?
После распознавания запаха система передаёт соответствующую цифровую информацию через интернет на принимающее устройство под названием Scentronic.
Оно выпускает небольшое количество ароматизированной жидкости в виде мелкодисперсного аэрозоля, благодаря чему пользователь может почувствовать нужный запах.
Для этого разработчики создали несколько вариантов устройств, в том числе браслеты и ожерелья. Они размещают источник аромата достаточно близко к носу, чтобы человек мог его ощутить.
Здесь важно понимать один нюанс: через интернет передаются не сами молекулы запаха, а информация, необходимая для его воспроизведения. На принимающей стороне аромат создаётся из заранее подготовленных расходных материалов.
Иными словами, технология работает скорее как цифровая система управления ароматами, чем как универсальный способ передать любое химическое вещество на расстояние.
Какие запахи удалось воспроизвести?
Для проверки технологии исследователи выбрали пять знакомых ароматов: пива, торта, кофе, апельсина и красного вина. Участникам предлагали распознавать как отдельные запахи, так и их сочетания.
В лабораторных испытаниях 14 добровольцев правильно определяли отдельные воспроизведённые запахи в среднем в 73% случаев. Когда ароматы смешивали, точность распознавания составляла около 71%.
Эти результаты показывают, что система способна передавать достаточно узнаваемые обонятельные сигналы, хотя до безошибочного воспроизведения реальных ароматов ещё далеко.
Исследователи также уделили внимание скорости работы. После получения сигнала устройство могло отреагировать примерно за 0,6 секунды. Однако распознавание более сложных пищевых запахов занимало несколько секунд.
Это два разных показателя: устройство может быстро начать воспроизведение, но для правильной классификации сложной смеси химических веществ требуется дополнительное время.
Кроме того, команда разработала вариант системы, который дозирует ароматизированные жидкости с выраженным вкусом. Это расширяет возможности технологии: в перспективе она сможет не только дополнять виртуальную реальность запахами, но и имитировать некоторые элементы опыта употребления напитков.
Например, пользователь мог бы выбрать виртуальный напиток и получить соответствующую ароматизированную жидкость через совместимое устройство.
Где пригодится цифровая передача запахов?
Одно из наиболее очевидных направлений применения — виртуальная и дополненная реальность. Сегодня цифровые устройства способны достаточно убедительно воспроизводить зрительные и слуховые ощущения, но обоняние остаётся практически неосвоенным каналом взаимодействия.
Если эту проблему удастся решить, виртуальные встречи смогут стать более реалистичными. Во время видеозвонка можно будет передать собеседнику аромат кофе, а в виртуальном пространстве — дополнить изображение еды соответствующими запахами.
Ещё одна перспективная область — интернет-торговля. Покупатели могли бы получать представление об аромате продуктов, парфюмерии или других товаров до приобретения. Правда, для этого потребуются более точное воспроизведение запахов и значительно более широкая библиотека ароматов.
Технология может оказаться полезной и в медицинских исследованиях. Например, её можно применять при изучении особенностей обоняния и разработке методов оценки способности человека распознавать запахи. Однако эффективность подобных применений ещё предстоит проверить.
Почему система пока не способна воспроизвести любой запах?
Главное ограничение нынешней разработки заключается в том, что она не умеет произвольно воссоздавать любой аромат на основе полного химического анализа исходного образца.
Вместо этого система распознаёт запах и выбирает соответствующий вариант из ограниченного набора доступных ароматов. Возможности воспроизведения зависят от того, какие вещества заранее загружены в устройство.
Это существенная разница. Запах настоящего кофе представляет собой сложную смесь множества летучих соединений. Чтобы точно повторить её, недостаточно просто присвоить образцу категорию «кофе»: необходимо воспроизвести подходящую комбинацию ароматических веществ и их концентраций.
Смешанные запахи дополнительно усложняют задачу. Один и тот же набор компонентов может восприниматься по-разному в зависимости от пропорций, окружающей среды и индивидуальных особенностей обоняния.
Поэтому следующие этапы работы связаны с испытаниями за пределами лаборатории, расширением набора ароматов и более тщательной проверкой того, насколько надёжно система распознаёт разные запахи у различных людей.
Шаг к многосенсорному интернету
Разработка Scentronic демонстрирует принципиальную возможность автоматической передачи информации о запахе через интернет с последующим воспроизведением аромата на удалённом устройстве.
До универсального цифрового обоняния ещё далеко. Необходимо увеличить количество доступных ароматов, повысить точность воспроизведения, упростить обслуживание устройств и сделать их удобными для повседневного использования.
Тем не менее сама идея заслуживает внимания. Интернет уже позволяет передавать изображения, звуки и тактильные сигналы. Добавление запахов могло бы сделать цифровое общение и виртуальную реальность ещё более насыщенными.
Возможно, однажды вопрос «Как пахнет?» перестанет требовать личной встречи. Но для этого учёным предстоит превратить экспериментальную систему распознавания нескольких знакомых ароматов в универсальную технологию, способную работать с гораздо более разнообразным миром запахов.
