Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах - Паоло Пелоси

Давайте рассмотрим, какие данные и инструменты нужны для того, чтобы перенести запахи и обоняние в целом в цифровой мир, а заодно вспомним некоторые попытки (до сей поры решительно безуспешные) создать электронный нос или реконструировать запахи и вкусы на компьютере или в телефоне. Но, прежде чем вдаваться в сугубо технические подробности, зададимся вопросом, до какой степени электронные устройства вообще способны анализировать, передавать или воспроизводить запахи и насколько это может улучшить наш непосредственный опыт или даже жизнь в целом.

Готовы ли мы нюхать что угодно?

Далеко не всегда сообщение, содержащее визуальные и аудиальные элементы, можно дополнительно улучшить, добавив в него еще и ольфакторные. Запахи подчас более агрессивны, чем другие сенсорные стимулы: избавиться от тех, которые мы нюхать не хотим, бывает ой как нелегко. Заслышав неприятный звук или мельком заметив пугающий образ в виртуальном мире, мы можем быстренько выключить устройство, удалив раздражитель из поля внимания одним нажатием кнопки. Если нет устройства, а раздражитель пришел из реала, можно отвести взгляд от объекта, который мы не хотим видеть, или хоть как-то зажать уши, отсекая источник звука. С запахами все, увы, не так просто. Некоторые запахи способны вызывать тошноту, головную боль, приступы раздражения – особенно у высокочувствительных субъектов. Эти реакции нельзя остановить, просто убрав источник запаха. Молекулы имеют свойство задерживаться и в воздухе, и в носу; даже когда они уже исчезли, у нас все равно остается ощущение, что мы что-то нюхаем.

Впрочем, все это не способно остановить мечту, возжелавшую сделаться явью. Возможность посылать ольфакторные сообщения с той же легкостью, что картинки и звуки, уже давно не дает покоя воображению ученых. В нашем виртуальном мире мы получаем виртуальные цветы на день рождения – просто цветную картинку букета. А вот добавьте к ней соответствующий запах – и электронная открытка сразу станет и реалистичнее, и эмоционально выразительней. Рестораны могли бы включать в меню не только постановочные фото блюд, но и образцы вкуса и аромата. Что и говорить о средствах массовой информации, где магия запахов способна сделать любое рекламное объявление неотразимо желанным в обход всяких этических ограничений!

Такой массовый интерес уже вызвал к жизни немало совершенно фантастических устройств. Они плодятся как грибы после дождя и обещают настоящие чудеса, главное – придумать правильное название, чтобы оно цепляло внимание и будило фантазию. Smell-O-vision показывает ароматизированное кино. O-Phone утверждает, что способен посылать запахи через мобильные сети. Green Aria представляет зрителям живую оперу, обогащенную ароматами. Sound and Perfume goggles подсоединяются к смартфону и испускают запахи, когда рядом оказывается знакомый. Smell Screens оснащены электрическими вентиляторами, распространяющими аромат рекламируемой пищи.

И это лишь некоторые из попыток накинуть узду на запах, то и дело всплывающие в интернете. 1 апреля 2013 года в сети бомбой взорвалась настоящая сенсация: у нас наконец-то появилась возможность посылать ароматные сообщения через новое волшебное приложение под названием Google Nose. Далеко не все обратили внимание на дату релиза. Посыпались вопросы, уточнения: люди хотели знать подробности. Увы и ах, от пахучих имейлов мы все еще бесконечно далеки. Но завышенные ожидания и неиссякающий интерес к этому феномену говорят сами за себя.

Чтобы отыскать первые следы идеи искусственного носа, нам не придется углубляться слишком далеко в прошлое. Само название, конечно, звучит слишком претенциозно и предполагает возможности, далеко превосходящие незамысловатые функции современных устройств. Однако термины «электронный нос», «искусственный нос» или попросту «е-нос» уже просочились в речевой обиход… хотя и характеризуют в основном желанную цель, а не текущее положение вещей.

Вероятно, первое печатное упоминание об устройстве, специально сконструированном для распознавания запахов, появилось в журнале Nature в 1982 году. Авторами материала стали Кришна Персо и Джордж Додд [1]. В те времена в продаже уже имелись элементарные сенсоры, способные засечь утечку бытового газа. Технически это просто дробь из оксидированного металла, у которой меняется электрическое сопротивление при контакте с разными газами. Такие датчики реагируют на многие вещества в газообразном состоянии, но крайне неразборчиво. Однако, применив в одном приборе сразу три типа таких сенсоров, Кришна умудрился собрать систему, регистрирующую несколько разных газов.

Так появилось первое работающее устройство (пусть даже совершенно базового уровня), способное различать запахи. Основная идея была использовать комбинаторный код – впоследствии она нашла себе подтверждение в биологической модели ольфакторной системы. Проще говоря, нам нужны не избирательные сенсоры для каждого типа запаха, а скорее детекторы с широкими, перекрывающимися реакциями, способные распознавать много разных стимулов, – конечно, при условии, что мы сможем измерять получаемый от них сигнал с достаточно высокой точностью.

Первый электронный нос, собранный Кришной, по принципам работы тяготел к цветовому зрению. В обоих случаях имеется три типа сенсоров с довольно низкой избирательностью – зато с возможностью довольно точно измерять ответ.

Идея комбинаторного кода до сих пор лежит в основе любого прибора с функцией различения запахов, однако сенсоры на оксидах металлов, к несчастью, не могут обеспечить достаточную степень версатильности для работы с широким спектром запахов, с которым шутя справляется человеческий нос. Но, как бы там ни было, эта статья стала настоящей вехой в истории искусственных носов, впервые продемонстрировав, что создание такого инструмента в принципе возможно, и обозначив направление дальнейших поисков.

Разнообразное семейство газовых сенсоров

Уже на том раннем этапе изучения только что открытых белков (которые вскоре получат имя одоранто-связывающих) я носился с идеей, что они могли бы выступить в роли сенсоров для искусственного устройства распознавания запахов. Уже тогда мы знали, что белки – очень нежные молекулы и обращаться с ними нужно с большой осторожностью. Они легко могут изменить форму, что приведет к модификациям активности или полной утрате функций. Поэтому на той стадии работы мы почти сразу же отвергли гипотезу с ОСБ как слишком авантюрную и недостаточно практичную. Интересно, что самые свежие исследования искусственных устройств по мониторингу запахов сосредоточиваются именно на ОСБ как самых многообещающих сенсорах.

Если оставить в покое белки, остаются полимеры, которые попали в фокус внимания тоже благодаря счастливой случайности. Полимеры – крупные молекулы, достаточно версатильные, чтобы включать разные органические соединения; их можно синтезировать по заказу под разные задачи. Газовые сенсоры Кришны были проводниками, чье электрическое сопротивление можно наблюдать. Но органические полимеры – изоляторы, причем такие хорошие, что их широко используют для защиты и изоляции электрических проводов и в других подобных целях.

Короче, для заявленных задач нам были нужны проводящие полимеры – казалось бы, противоречие, но на самом деле мнимое. Такие материалы давно существуют, просто популярными стали лишь в последнее время. В те времена больше всего внимания уделялось полимерам на основе ацетилена – это газ, которым освещали городские улицы до изобретения электрических ламп. Вплоть до недавних пор им пользовались спелеологи, так как он позволял им долго работать автономно.