Эпопея по созданию робота с нюхом собаки +19





Андрей Мершин до сих пор зол на собак. «Ну, вообще-то я их люблю», – говорит греческо-русский ученый в своем уютном офисе в Mассачусетском институте (MIT). – «Но они меня просто уделывают».


Он включает видео, чтобы показать то, о чём говорит. В нём черно-белый спаниель по кличке Люси подходит к шести стаканчикам с человеческой мочой. Собака нюхает их, иногда – коротко, иногда – чуть подольше, явно пытаясь в чём-то разобраться. На самом деле, она совершает диагностику. Ищет контрольный аромат, свидетельствующий о раке простаты. Оказывается, этот рак придает характерную нотку мужской моче. Вполне заметную – по крайней мере, для собаки. Когда Люси находит стаканчик от больного раком, она садится напротив него и получает от тренеров вкусняшку.


Среди людей – которые слетали на Луну, получили фото черной дыры и создали машины с автопилотами, – определение рака простаты до сих пор считается очень непростой задачей. В основном, человечество пытается проверить кровь пациента на повышенные уровни специфических протеинов (PSA). Но успех этого занятия – крайне сомнителен. Ученый, который впервые открыл PSA, назвал тест «чуть более удачным, чем подбрасывание монетки». А ложноположительное срабатывание может привести к биопсии простаты, крайне неприятной процедуре, при которой большая полая игла вставляется через стенку прямой кишки для извлечения образцов ткани.


С другой стороны, правильно натренированные собаки могут определять рак простаты с точностью больше 90%, и для них это вообще не составляет проблем. Люси справляется с шестью образцами меньше чем за две минуты. Андрей Мершин не может с этим смириться:


У нас снизу оборудования больше чем на $100 млн. И собака меня побеждает? Это меня просто бесит.

Мершин не врач. Он физик по образованию. Он заведует лабораторией Label Free Research Group, стирающей рамки между физикой, биологией и информатикой. В офисе Мершина есть пара очков, способных измерять волны мозга, журналы по авиации, книги по урологии и кодингу на Python. Он отказывается носить одинаковые носки и очень быстро говорит с русским акцентом, постоянно меняя темы. Он невысокий и полненький, с большой копной белых волос, которые то и дело подпрыгивают, когда он чем-то взволнован.




Лаборатория Мершина, с её оборудованием на $100 млн, находится на пару этажей ниже его офиса в MIT. В одной комнате исследователи пытаются изобрести новые цвета. В другой – создать самые легкие и прочные материалы на планете. Но самым интригующим её проектом является разработка AO (вместо AI) – искусственного обоняния. Проще говоря, они пытаются научить роботов нюхать.


В мире уже полно машин, которые умеют видеть, говорить, и даже (примитивно) думать. Но попробуйте найти такую, которая чувствует запахи. Проблема в том, что обоняние до сих пор недооценено самими людьми. Большинство существ на нашей планете ориентируются во многом по запаху, но мы не являемся одним из таких существ. Иммануил Кант, например, говорил, что запах – «самое бесполезное» из наших пяти основных чувств. В одном опросе 2011 года 53% людей в возрасте от 16 до 22 сказали, что скорее бы отказались от своего обоняния, чем от смартфона или компьютера.




Но в последние несколько лет становится всё очевиднее, что запах, если у тебя есть подходящий нос для его восприятия, может быть настоящей суперспособностью. Тысячи лет люди использовали собак, чтобы выискивать дичь, потом – чтобы находить наркотики и бомбы. И только в начале 2000-х мы начали догадываться, что на самом деле применений у хорошего носа может быть намного больше. Всё началось, когда исследователи вдруг поняли, что наши домашние любимцы могут учуять ранние признаки меланомы. В новостях хватает заметок о том, как тот или иной пёс спас свою хозяйку, начав скулить и тыкаться ей в грудь. Одна из исследователей-коллег Мершина, Клэр Гест, сама так была спасена, когда в 2009-м её собака Дейзи вдруг начала постоянно толкать её носом под грудь, и Клэр решила на всякий случай провериться у доктора.


В итоге оказалось, что есть 10 видов рака с особо сильным запахом. Самые заметные – рак груди, легких, яичников, простаты и толстого кишечника. Также выяснилось, что собаки по запаху определяют время дня, движение воздуха в комнате. Они могут почувствовать приближение диабетического эпизода за несколько часов, понять эмоциональное состояние человека без каких-либо визуальных подсказок. И не только собаки, кошки и другие животные тоже обладают такими «сверхспособностями». А благодаря одной шотландской медсестре с очень прокачанным носом, ученые недавно узнали, что люди с болезнью Паркинсона начинают излучать характерный «древесный, мускусный запах» – за годы до того, как первые симптомы проявят себя.


Всё это в итоге получается не столько о собаках, сколько о мире вокруг нас. Мире, о котором мы всё еще знаем так мало. События и болезни и даже психические состояния, оказываются, оставляют характерный след в воздухе. Который только нужно научиться различать. Оказывается, запах – часто лучший способ найти и отличить некоторые вещи. А следующий по очереди способ или чересчур дорог (хроматография/спектрометрия), мучителен (биопсия) или почти нереален (чтение мыслей).




Представьте себе машину (датчики + ИИ), которая может улавливать и определять ароматы в разы лучше собаки. Как минимум, такую захочет себе каждый госпиталь. Каждая компания по производству парфюмерии. В идеале, если цены снизятся – каждый человек старше 45 лет, который находится в зоне риска по целому ряду болезней. А еще дальше, с развитием технологии, кто знает, может, мы даже научимся по запаху в толпе определять сексуального насильника или человека, который решился на убийство.


К сожалению, мы так и не разработали роботов, умеющих нюхать, потому что обоняние остается большой биологической загадкой. Ученые до сих пор пытаются понять, как мы чувствуем все эти летучие соединения, как мы отделяем одни молекулы от других, и как наш мозг способен так быстро классифицировать всю эту информацию. «В этой сфере больше вопросов, чем ответов», жалуется Хироаки Матсунами, исследователь из Дюкского университета.


Андрей Мершин, впрочем, верит, что нам не нужно глубокое понимание того, как млекопитающие чувствуют запахи, чтобы построить искусственный нос. Он ставит на то, что всё будет с точностью до наоборот. Чтобы понять, как работает нос, нам сначала надо его создать! Со своим гениальным учителем Шугуаном Чжаном Андрей Мершин разработал девайс, у которого даже его главные соперники – собаки – могут чему-то поучиться.



Теория запаха


В мае 1914-го Александр Грейам Белл обратился к выпускникам одной из школ в Вашингтоне. 67-летний изобретатель телефона был довольно необычным человеком, и его выступление тоже отличалось от стандартного «напутствия во взрослую жизнь». Вместо этого он дал ученикам ряд вопросов, предложил области исследования, которые могли бы дать плоды, если бы кто-то из молодежи всерьез этим занялся. Одним из занимавших его вопросов было «Можно ли измерить запах?»:


Что такое аромат? Это излучение физических частиц в воздухе, или это форма вибрации, вроде звука? Если это излучение, вы должны иметь возможность взвесить его, а если это вибрация, вы можете попробовать отразить его от зеркала. Если у вас есть амбиции открыть новое поле науки, попробуйте измерить запах.

Прошло больше столетия, но никто так и не решил эту загадку Белла. И даже до сих пор идут споры, является ли запах вибрацией или химической реакцией между частицами. (Вибрационная теория намного более противоречива, но никто не понимает обоняние так хорошо, чтобы можно было полностью её исключить). На самом деле, только недавно, в 1991 году, ученые смогли исследовать основные генетические и физиологические факторы восприятия запаха у млекопитающих.


Тогда биологи Линда Бак и Ричард Аксель опубликовали свою работу о 1000 генах, которые отвечают за примерно тысячу обонятельных рецепторов в мышах. Все они, оказалось, располагаются в эпителии вверху носовой полости, ровно в том месте, где начинается череп. Когда мы берем глубокий вдох, молекулы проходят мимо этих рецепторов, и те, возбуждаясь, посылают сигнал нашему мозгу. Но даже это, сказали тогда ученые, только показывает, как восприятие (некоторых) запахов начинается. И то, как происходит взаимодействие с рецепторами, тоже не совсем ясно.




К тому же, число рецепторов, которое они открыли, создавало математическую проблему. У людей есть порядка 400 таких обонятельных рецепторов, в 2,5 раза меньше, чем у мышей. Но мы можем чувствовать порядка 10 000 разных запахов. Как так получается?


Бак и Аксель выдвинули теорию, что запах – вопрос комбинаций. Каждый рецептор отвечает только за улавливание определенных молекул, а характерный запах мы чувствуем, когда несколько разных рецепторов «включаются» одновременно. Исследователь Джон Кайер сравнивает эту теорию с игрой на пианино:


У пианино всего 88 клавиш. Если каждая клавиша отвечала бы за один запах, вы могли бы почувствовать всего 88 разных запахов. Это, очевидно, не так. Но если запахи – как аккорды, математика начинает складываться.

За свою работу Бак и Аксель получили Нобелевскую премию в 2004-м. Теперь Мершин и другие ученые идут по их стопам: они приняли за постулат, что запах – просто список молекул, который кожа в нашем носу регистрирует и передает нашему мозгу. Если вы хотите понять запах чеснока, надо просто разобрать его химические компоненты. И где-то в этих молекулах, в их определенном наборе, прописана история этого запаха.



Погружение в мир ароматов. Первый запахомер


Не прошло много времени после публикаций Акселя и Бака, как начались серьезные работы по созданию искусственного носа. DARPA, отвечающая за разработку новых технологий для армии США, в 1997-м выделила на проект $25 млн. Они хотели заменить собак в вопросах поиска мин. Программа так и называлась – «Собачий нос». Агентство дало финансирование группам ученых по всей стране, чтобы они построили нюхающие машины и привезли их на поле в Миссури для тестов. Землю там усеяли всеми возможными типами мин, от маленьких осколочных устройств, нацеленных на поражение человека, до здоровенных агрегатов, рассчитанных подорвать танк.




Наступать на мины, конечно, было безопасно, их обезвредили. Но всё-таки в них оставался заряд (его ведь и должны были находить по запаху), и поэтому они могли подорваться – скажем, если в них ударила молния. Джон Кайер, который был одним из участников той программы говорит, им тогда пришлось эвакуироваться, как только они увидели признаки подступающей грозы.


Для тестов Кайер построил серый девайс размером с коробку для обуви. Он назвал его ScenTrak (сейчас его проапгрейженая версия, кстати, продается онлайн). В нём не было настояших рецепторов. Вместо этого он был заполнен длинными цепями молекул (полимерами), которые, как знал Кайер, среагировали бы на DNT, молекулу, которая встречается в большинстве мин. Если неподалеку от ScenTrak была взрывчатка, DNT прикреплялась к полимерам, и те посылали сигнал. Ящичек начинал кричать «Мина!».


Ну, так это работало в идеальных условиях. В условиях лаборатории машинка прекрасно чувствовала «запах» молекулы DNT. Но на поле, со свежим воздухом, ветром и пылью, его девайс давал сбой. Полимеры реагировали на всё подряд – DNT, погоду, растения, некоторые виды грунта.



ScenTrack

Другие девайсы, участвовавшие в соревновании (один назывался Fido, другой – Cyranose), работали по тому же принципу. Все они использовали полимеры, чувствительные к определенным веществам. И у всех них были серьезные ограничения, они работали только при строго определенных условиях. (Самым успешным, кстати, оказался Fido, который сейчас используют на контрольно-пропускных пунктах для выявления взрывчатки на очень близкой дистанции).


Всё это, впрочем, вряд ли можно было назвать обонянием – так же, как нельзя сказать, что датчик угарного газа, включающий сигнализацию, «чувствует запах дыма». К тому же, все эти датчики почему-то очень плохо работают в среде с множеством запахов, постоянно выдавая ложные позитивные сигналы, даже если нигде и близко нет никакой взрывчатки.


Теперь ученые думают, что причина – в слишком примитивной теории, на которой были построены эти девайсы. Идея из начала 90-х о молекулах и рассчитанных под них рецепторах – это, на самом деле, только вершина айсберга. Оказывается, иногда молекулы с идентичной формой имеют совершенно разный запах. А иногда субстанции, молекулы у которых вообще ничем не похожи, пахнут нам одинаково. Другими словами, форма и композиция молекул не всегда определяет аромат.




Сейчас теорию дополнили, сделали еще сложнее (и ее всё равно не сильно понимают). Вкратце, каждый рецептор больше «любит» определенные молекулы, но способен улавливать почти все. В нашем носу постоянно формируются новые комбинации собранных молекул, и вот эта комбинация данных от всех наших рецепторов определяет, какой мы чувствуем запах. У пианино не просто 88 клавиш с аккордами, у него еще педали и динамики. Доктор Чжан говорит:


Вы можете ударить по каждой из клавиш в аккорде с разной силой. Слабо, вы получаете один звук, мощнее – другой.

В общем, теория запаха оказалась настолько сложной, что даже браться за неё у людей мало желания. Определить одну молекулу – еще как-то можно, а почувствовать определенный их конкретный набор, да еще с нужной интенсивностью, да еще если эта интенсивность должна отличаться для каждой молекулы… Брр. Нет уж, увольте.



Доктор Чжан


Мершин и Чжан – странная, но гармоничная парочка. Мершин редко проходит один и тот же путь дважды. Когда мы потерялись по пути от кафетерии MIT к его офису, он признался, что такое случается с ним регулярно. Причем он теряется «в мыслях тоже, не только географически, но и интеллектуально». По его собственным словам, он дислексик, синестетик, дальтоник на розовый и серый, он не запоминает лица, у него синдром дефицита внимания. Иногда он забывает адрес своего дома. Он также ненасытно любопытен и жадно тянется к любым новым знаниям.




Однажды, чтобы понять смысл ароматов, он разработал для своих детей игру, в которой они должны были пропитать ватный шарик духами, завязать себе глаза, и потом попытаться его найти. Кроме запахов он сейчас занят постройкой домиков в Намибии из грибов и способами удаления тяжелых металлов из воды. «Я не могу делать что-то одно. Но мне нравится работать с людьми, которые очень сосредоточены на своей цели, и научились лучше всех в мире делать какую-то определенную вещь».


Чжан – как раз такой человек. Если Мершин постоянно суетится, Чжан – всегда спокоен и сосредоточен. Он верит в то, что, чтобы чего-то достичь, нужно с головой углубиться в один проект, один вопрос. Он изучает обоняние с 2003 года, пытаясь разобраться в рецепторах и их работе. Прошли десятилетия с момента публикации Бака и Акселя, но до сих пор никто даже не смог на них взглянуть – ни под микроскопом, ни методом рентгеновской кристаллографии. Это одна из причин того, почему обоняние остается такой загадкой. Мы не можем увидеть на самом примитивном уровне, что же конкретно делают эти рецепторы. Привязывают ли они к себе молекулы? Как? Влияют ли на их работу такие факторы как влажность воздуха или другие субстанции? Никто не знает.




Чжан потратил много лет на разработку метода, позволяющего увидеть рецептор. Из того, что он знает – это мембранные белки, с очень сложной структурой. Каждый – как длинная нить, обматывающая и проходящая через мембрану, отделяющую клетку от внешнего мира. Если этот сложный узор хоть немного изменить, рецептор не будет работать. Даже если наклонить или перевернуть такой рецептор-протеин, он откажется выполнять свою функцию.


Примерно половина рецептора находится снаружи клетки, готовая принимать новые молекулы. Когда он к ней прилипает, он меняет форму, и клетка посылает сигнал в мозг.


Чтобы понять несколько этих фактов, и узнать точную структуру рецептора, Чжан работал с 2003 года. Но он до сих пор не видел ни один воочию: они слишком негативно реагируют на любую внешнюю среду. И они слишком маленькие.


Но работа Шугуан Чжана не прошла зря. Когда DARPA в 2007-м запустила новый проект, RealNose, для поиска по запаху самодельных взрывчаток в Ираке и Афганистане. На этот раз полимеры и другие искусственные препараты, имитирующие работу рецепторов, не годились. Условия были чересчур суровые, а запахов – слишком много. Ученые должны были построить устройство на основе старого-доброго обоняния млекопитающих.




Чжан очень хотел получить такой грант. Его лаборатория была одной из буквально двух-трех в мире, занимавшихся этим вопросом. Но Мершин не хотел, чтобы его ограничивали. «Я много месяцев бунтовал, говорил им в DARPA, что использовать настоящие рецепторы – это дурацкое требование». Зачем нужна была биологическая структура, если работать с искусственными было гораздо проще? По крайней мере, они не переставали функционировать, если их наклонить или перевернуть. «Мы хотим летать как птицы, но мы же не строим крылья и фюзеляжи самолетов из перьев!»


Но сумма военного гранта была очень серьезной, и Андрею пришлось смириться.



Гонка с DARPA


Мершин и Чжан решили, что они попробуют вырастить настоящие рецепторы в своей лаборатории, а потом, по сути, намазать их на печатную плату. Они подумали, по статистике, если они налепили достаточно рецепторов, какая-то часть из них осталась бы в живых, и с ориентацией в правильном направлении. Тогда они бы провели через плату ток. Когда рецепторы реагировали бы на летучие соединения, они бы меняли свою форму, как в обычном носу. Наблюдался бы всплеск напряжения.


Этот прототип до сих пор есть в лаборатории Мершина: пластиковая бутылка с двумя металлическими насадками, держащимися благодаря эпоксидной смоле. Оттуда идут провода, присоединенные к маленькому чипу. Очевидно, в бутылку заливалась субстанция с запахом, и это должно было как-то влиять на ток.


Это был провал. Рецепторы вроде бы работали, но бутылка была слишком большой, и запахи в ней держались слишком долго, чтобы получить четкую картинку. В дальнейшем пришлось «дуть» воздухом с нужным ароматами на чипы, чтобы попытаться научить их реагировать только на определенные запахи.


В конце концов, Мершин достает девайс, Nano-Nose («Нано-Нос») – который они с Чжаном представили DARPA. Он размером примерно с большую сковороду. На ней написано «Собственность Федерального правительства США». Поверхность – почти пуленепробиваемая («Так хотели военные!»). Весит тоже прилично.


Внутри – восемь плат, каждая размером примерно с банковскую карточку. Каждая – в отдельном контейнере, с собственным воздухом. Так Мершин и Чжан сражаются с ложными срабатываниями: только если все платы покажут сигнал, датчик говорит, что что-то учуял.


Ученые строили этот девайс бессонные 15 месяцев. И он всё равно не был закончен, когда пришла пора показывать результат DARPA. Им пришлось загрузить большой фургон всеми инструментами лаборатории – шлангами, трубками, шприцами, 140-килограммовым столом, частотным генератором стоимостью $70 000 – и так ехать в Балтимор, где была презентация. Они даже привезли свой собственный способ подачи ароматов, модифицированный струйный принтер. Систему дорабатывали в дороге, а потом – в комнате отеля.


На месте DARPA выдала им список запахов, которые их искусственный нос должен узнавать. Мершин изначально хотел, чтобы в Nano-Nose был встроен AI, распознающий показания датчиков, прогоняющий их через свои базы и выдающий список из найденных в воздухе соединений. Но на это не было времени.


Вместо этого они начали посылать своему носу запахи тех субстанций, которые он должен был находить, и записывали его показатели. Дальше подключался ноутбук и алгоритм сопоставления с образцом. Если показатели у всех восьми плат были плюс-минус как в образце, их нос выдавал «Бинго!». На этом всё.


Тест DARPA был очень обстоятельным. Мершин и команда не допускались в комнату со своей машиной. И даже отлучаться в туалет на время теста можно было только с эскортом. Но всё того стоило. В итоге Nano-Nose победил в соревновании нюхальщиков. В стерильных условиях лаборатории он даже показал большую точность, чем собаки (он мог зарегистрировать запахи более низкой концентрации, от меньшего объема веществ).



Новое понимание


Суперкомпьютер с AI не понадобился. Наоборот, оказалось, Nano-Nose лучше работает без него. Для Мершина это было открытием. Оказывается, наш нос – не аналитик. Он никак не проверяет компоненты запаха. «Мы думали, когда вы что-то нюхаете, у вас в мозгу появляется список молекул и их концентраций, и пытались воссоздать эту систему. Но на самом деле важно только ваше ощущение от этих молекул, а не они сами».




Оказалось, система  Мершина, созданная из-за дедлайна, идеально воссоздает то, как млекопитающие распознают запахи. Наш мозг просто запоминает, что он нюхал, и как это выглядело, и потом реагирует, если чувствует похожую комбинацию. Информация сортируется на основании того, что мозгу кажется важным. Мы можем перестать слышать запахи в комнате, если они нам не интересны. Наши рецепторы всё еще улавливают разные составы в воздухе, но мы на них не реагируем. А вот если мы окажемся в незнакомом помещении или сосредоточимся на распознавании ароматов, наш нос как будто становится более чувствительным (хотя на самом деле это не так).


Мершин понял: чтобы понимать запах и использовать его в качестве инструмента, ему не нужен список молекул. Он просто должен знать, как что-то пахнет. Без разницы, из чего оно состоит, главное, как это работает. «Это был самый главный урок во всей моей научной карьере», – говорит он.



Машины против собак. Раунд 2


Но на пути создания полноценного органа обоняния, способного «утереть нос» нашим братьям меньшим, у человечества (и у Мершина) стоит еще много преград. Пол Вагонер, ученый, изучающий обоняние у собак в университете Оберна, оценивает, что нам нужно еще «минимум несколько десятилетий». Причем над некоторыми факторами пока даже не задумываются.


«Всё начинается еще с процесса отбора воздуха», – говорит он. – «Машины пока не умеют хорошо дышать. Собаки умеют вдыхать и выдыхать порядка пяти раз в секунду, с ноздрями, регулирующими приток и отток через разные каналы. У них внутри создается перепад давления, по сути «воронка запаха», которая позволяет им аккумулировать молекулы и точно понимать их происхождение. Машины еще долго не смогут сравниться с обонянием собаки, например, если цель находится далеко. И это только один из аспектов того, над чем нам нужно работать».




Но переключение на «робо-нос» – неизбежно. Собаки устают, они отвлекаются, злятся. Даже разочаровываются в своих способностях, прямо как люди. Они сильно зависят от эмоций своего хозяина. И, конечно, они не масштабируются. Слишком маленькая доза, очень надежный контейнер, плохо работающий в этот день нос – и всё, наркотик пронесен, а бомба взорвалась.


Установить по собаке в каждую фармацевтическую лабораторию, госпиталь и другое предприятие, требующее «специалиста по запахам», тоже не получится. Во-первых, собакам требуется спать и гулять. Во-вторых, достаточно умелые и натренированные пёсики, способные унюхать взрывчатку или болезни, а потом сказать об этом людям, стоят по $25 000 за нос, и их и так не хватает. В США за них соревнуются между собой военные, полиция и служба безопасности аэропортов, и это одни из самых желанных и востребованных агентов.


С «медицинскими» собаками еще сложнее: их очень мало, и их слишком тяжело привлечь в работе к госпитале. Несмотря на невероятные открытия последних нескольких лет, показывающие их 90-100% успех в обнаружении рака даже на ранних стадиях, пока что врачи не спешат заводить себе псов. Им нужно, чтобы «оборудование» работало 24 часа в сутки, без времени на отдых, иначе смысла в нём мало. Томограф и другую надежную технику собакам никогда не заменить.


Обратно в своей лаборатории MIT, Мершин достает с полки белый плоский пластиковый объект, по размеру чуть меньше смартфона. Это их новый Нано-Нос, переработанная и сильно уменьшенная версия той «сковородки», которую представляли DARPA. Вокруг «Носа» – куча проводов, предназначенных для отправки внутрь запахов, и измерения самых разных параметров.




За прошедшие десять лет, Чжан серьезно переработал рецепторы, расположенные внутри этого девайса. Самое главное – он перестал выращивать их в эмбриональных клетках, и теперь они культивируются в биологически инертной форме. Всё происходит в пробирке. Рецепторы до сих пор очень чувствительны и с ними нужно обращаться очень аккуратно, – Мершин говорит, это однозначно самая сложная часть устройства. Но они куда более стабильны и управляемы, чем их «на 100% органичные» собратья. Ученым также удалось в несколько раз уменьшить платы Нано-Носа. Устройство уже сейчас можно поставить на биореактор, в складские помещения фабрики (для проверки качества продуктов) или в зернохранилище. Но Мершин и Чжан говорят, что пока что они не хотят превращать своё исследование в бизнес.


Пока что единственная компания, разрабатывающая коммерческого «нюхальщика» – небольшой стартап из Кремниевой долины, Aromyx. Его идея в чём-то еще более амбициозна, чем у Мершина с Чжаном. В Нано-Носе всего около 20 видов рецепторов, которые подстраиваются учеными на каждый девайс, в зависимости от его предназначения. Но Aromyx хочет «упаковать» на свой чип все 400 обонятельных рецепторов человека. Когда возле чипа появляется запах, рецепторы засекают его, нужные (чувствующие эти молекулы) – включаются, и чип засекает возникший паттерн.


Дальше остается запомнить эту возникшую «схему активности», и присвоить ей имя – скажем, это будет «Кока-Кола» или «Шанель №5». Опять же, понимать, что в этом запахе, и как он образуется, не надо, достаточно запомнить паттерн ответов от рецепторов. А потом девайс сможет просто сравнивать этот аромат с запахами из своей базы данных.


Aromyx до сих пор выращивает свои рецепторы в дрожжевых клетках, и компании пока не удается собрать хотя бы примитивный продукт для демонстрации. Во многом разработка была замедлена, когда фирма перенесла свой офис на несколько миль из Пало-Альто в Маунтин-Вью: клетки не выдержали такой транспортировки, и были разрушены.


Пока что Aromyx стабилизировал только несколько из нужных 400 рецепторов. Но по мере добавления новых, они уверены, их «обонятельный рендеринг» станет намного точнее и лучше, чем у конкурентов (если такие появятся).


Ну а главная печаль Мершина – то, что его Нано-Нос до сих пор выглядит так неаккуратно. Но его белые кудряшки начинают прыгать, когда начинаешь говорить с ним о потенциальных применениях такой технологии. Пока что, этот девайс – всего лишь детектор. Он не умеет разбираться в данных, которые собирает. Но Мершин и Чжан хотят сделать его умным. Вот почему сейчас в их лабораторию постоянно заглядывают собаки – как та же Люси из видео с баночками. С их помощью Мершин пытается понять, как происходит процесс распознавания запаха. Он научился не соперничать с собаками, а сотрудничать с ними.


Сейчас в его офисе сидят Флорин и Люси. Они принадлежат британскому обществу Medical Detection Dogs, которое тренирует животных определять запах рака и подавать об этом сигнал. Используя данные от них (как долго они нюхали, как долго думали, в каком порядке осматривали образцы и т.д.), Мершин и Чжан тренируют АI-систему, которая должна будет реагировать похожим образом. Мершин говорит, эти данные также помогут им определить, какие рецепторы надо ставить в их «медицинский» Нано-Нос.


В общем, идея в том, чтобы создать как бы тест Тьюринга, только для запаха. Имитировать результаты собак до тех пор, пока никто не сможет отличить показания Нано-Носа от реакций специально тренированных животных. Если идея сработает, такой девайс сможет диагностировать ранние стадии множества страшных болезней.


В итоге Мершин хочет уменьшить Нано-Нос до того состояния, чтобы он мог стоять у каждого из нас в смартфоне. Такая очень личная версия его девайса сможет всегда находиться неподалеку от тела своего владельца, чувствовать перепады в его запахах, подавать сигнал, если происходит что-то необычное, и тут же проводить первичную диагностику. Она сможет сказать, нужно ли вам проверить ту родинку, которая появилась у вас на бедре, или сообщит об опасно низком уровне сахара у вас в крови. Или подаст сигнал, что вы начали распространять этот древесный, мускусный аромат, характерный для болезни Паркинсона. Всё, что может заметить собака, такое устройство тоже обнаружит. Для многих болезней это будет намного более высокая точность, чем в современных госпиталях с дорогим оборудованием.


Естественно, как и с любой новой технологией, возникают вопросы её применения. Как много информации о запахах своего тела вы будете контролировать? Не станут ли компании торговать ей, передавая её госпиталям, страховикам, дейтинговым агентствам? Будут ли мужчины использовать Нано-Нос, чтобы проверить овуляцию у девушек, будут ли женщины включать его, чтобы видеть тех, кто три дня не мылся? Будут ли люди нюхать сидящих с ними рядом пассажиров в автобусе? Не станет ли это нормой – при новом знакомстве разрешать партнёру «занюхнуть» себя на признак болезней (особенно передающихся половым путём)?  


Андрей Мершин о таком не переживает. Вместо этого его, постоянно жаждущего новых впечатлений, больше пугает мир, в котором девайсы разрабатывают и присылают ароматы специально для вас. «Я поддерживаю любые технологии, которые нюхают вас. Но я был бы очень осторожен с теми технологиями, которые хотят, чтобы вы нюхали их». «Не позвольте девайсам начать забивать ароматами вашу голову. Очень плохая идея». Другими словами, пусть смартфон будет вашей собакой, а вы – его хозяином. А не наоборот.



P. S. Доставлять любые гаджеты и товары из США умеет Pochtoy.com. Теперь – не только в Россию, но и в Украину, благодаря сотрудничеству с «Новой почтой». Стоимость посылки 0,5 кг от $11.99 (для Украины – от $8.00). Для новых регистраций с промо-кодом HABR – 7% скидка на первую доставку, плюс бесплатный выкуп из американских магазинов нашими операторами.


Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта



Комментарии (13):

  1. TrueZarathustra
    /#20613811

    В институте рассказывал нам преподаватель, как в его НИИ еще в 80-ые годы выделяли группу научных сотрудников под создание электронного носа. Тогда у них было около двух лет на разработку (бюджет не знаю).
    В итоге все закончилось тем, что разработать что-то дельное не удалось и чтобы сдать хоть что-то был сооружен прибор, представляющий из себя гибрид втягивающего вентилятора и герметичного мешка. Содержимое мешка впоследствии давали нюхать собаке.
    Тогда мы смеялись. Но видимо задача действительно была слишком сложной, чтобы её так с наскоку решить.

  2. A114n
    /#20614023

    Если бы мне предложили решить эту задачу с наскока, то есть не в теории, а практически, я бы сделал то же самое, что с картинками — посадил бы людей нюхать разные вещества и их смеси и категоризировать свои ощущения, потом эти вещества анализировать на стандартном спектрометре или другими известными способами.
    Так собрать базу данных по запахам неопасных для человека веществ и далее использовать.

    • TiesP
      /#20614211

      Так фишка в том, чтобы сделать «нюх как у собаки» и даже лучше) Разные «взрывчатые вещества»… теперь вот, оказывается, собаки ещё и рак могут унюхать.

    • jaiprakash
      /#20614485

      В том и проблема, что «стандартные спектрометры или другие известные способы» не справляются с отдельными молекулами.

  3. TiesP
    /#20614729 / +1

    Вообще удивительно — вся современная наука не может «специально» создать то, что в природе возникло «случайно, в результате эволюции»)

    • 0xd34df00d
      /#20615259

      А если учесть, что эволюция на это потратила всего лишь несколько миллиардов лет, а современная наука уже целых лет 100 мучается, так вообще диву даёшься.

  4. mrjustv
    /#20615697 / +1

    На самом деле очень вдохновляет, что в наше время наука не стоит на месте с «научить машину мыслить», а идет дальше и видит другие возможности.

  5. rboots
    /#20616979

    У нас снизу оборудования больше чем на $100 млн. И собака меня побеждает?

    Потому что не надо успех деньгами мерять. Были бы 100 млн экспериментов, нужные знания, талантливые исследователи — победили бы собаку.

    • Kanut
      /#20617125

      Да вроде бы именно "успех" деньгами здесь никто и не мерит. 100 миллионов это в данном случае скорее "доступные средства".


      Но, как уже писал выше 0xd34df00d, мы действительно имеем абсолютно неравные силы: "всего 100 миллионов" у учёных против "миллиардов лет эволюции" у собаки :)

      • super-guest
        /#20617447

        Как же надоела эта идея мерить эволюцию и науку… ну давайте тогда будем говорить так: «этот народ тысячелетия управлял лошадьми, вы думаете он с каким-то велосипедом не управится?»
        Причём здесь миллионы лет эволюции? Эволюция — это как погода, а наука — как стройка. То, что здесь миллионы лет шёл дождь каждую неделю-месяц не означает, что нам от этого будет легче/сложнее бурить здесь скважину — разные вещи, понимаете?

        Если нет, то тогда так подумайте: наука, как производное от человека, который является частью/результатом эволюции, тоже является частью эволюции. Зачем один молодой этап процесса сравнивать со всей историей процесс? в чём смысл?

        • Kanut
          /#20617947

          Конечно это разные вещи. Но результат в итоге мы хотим получить примерно одинаковый. И речь о том мы как минимум пока не можем за пару десятков лет добиться таких результатов.
          И это вполне себе логично, потому что несмотря на наши более совершенные инструменты и методы, времени у эволюлиционного процеса было гораздо больше.


          А то ведь тоже полно людей, которые заявляют "100 ииллионов потратили, а какой-то элнментарный собачий нюх разработать не смогли"…

          • agat000
            /#20626289

            ладно нюх, на манипуляторы потрачено на порядки больше, кмк, а воссоздать человеческие руки так и не смогли. Хотя там всего миллион лет эволюции.

  6. Greatschemer
    /#20617741

    Интересно, ведутся ли работы в другом направлении — создании устройств, которые расширяют возможности человеческого обоняния?

    Например)
    image