211service.com
Turing-tester och problemet med artificiell lukt
Här är ett intressant problem. När det kommer till mänskliga sinnen har vi hittat sätt att återge utseendet och ljudet i den verkliga världen någorlunda exakt. Det finns till och med teknik för att återskapa känslan av vissa upplevelser, som flyg- och bilsimulatorer.
Men problemet med att reproducera lukt är mycket svårare. SmelloVision-experimentet från 1960 är ett exempel. Det rörde sig om ett 30-tal lukter som släpptes in i biografen vid vissa tidpunkter under en film. Bara en film— Doft av mystik — någonsin använt systemet, som snabbt misslyckades.
Sanningen är att ingen har hittat ett sätt att exakt återskapa lukter från den verkliga världen. Och följaktligen är artificiell lukt en teknik som envist sitter utanför vår räckhåll.
Problemet är i huvudsak att mäta en lukt vid en punkt i rymden och sedan återskapa den vid en annan. Och det är en uppgift av överraskande komplexitet och subtilitet.
Men även om det vore möjligt, hur skulle vi testa ett sådant system? Hur skulle vi veta att den konstgjorda lukten var en korrekt återgivning av originalet?
Det kan låta som ett trivialt problem, men idag får vi en inblick i dess överraskande komplexitet tack vare David Harels arbete vid Weizmann Institute of Science i Israel. Harel har utvecklat ett slags Turing-test för artificiell lukt som hjälper till att utforska de problem som detta problem väcker.
Till att börja med förklarar Harel varför problemet med luktreproduktion skiljer sig fundamentalt från problemet med att reproducera visuella eller ljudstimuli. Att rekonstruera en visuell stimulans är helt enkelt en fråga om att reproducera den rumsliga fördelningen av dess våglängd och luminans. Och för ljud definierar tonhöjd, ljudstyrka och klang en ton.
Harel ger exemplet på det första fotografiet som inkluderar människor, taget av Louis Daguerre 1838, och det första telefonsamtalet, som gjordes av Alexander Graham Bell, där han framgångsrikt kallade sin assistent från nästa rum. I båda fallen kändes de genererade artefakterna omedelbart igen som sanna återgivningar av originalen. Inte perfekt förstås, men omisskännligt igenkännbar, säger Harel.
Av den anledningen är det rimligt att tänka på fotografi och telefoni som metoder som ger trogna reproduktioner.
Lukt innebär dock en annan utmaning. Lukter består av molekyler som vårt luktsystem upptäcker. Den överför sedan lämpliga signaler till hjärnan som resulterar i uppfattningen av en lukt. Att analysera och syntetisera lukt är därför inte bara en fråga om att använda en lämplig uppsättning matematiska funktioner för att avge utsignaler som involverar exakt beräknade våglängder, säger Harel.
Istället beskriver Harel den mer komplexa processen som krävs för att reproducera lukter. Den består av tre delar. Den första kallar han en sniffer - en enhet som omvandlar en ingående lukt till en digital signatur. Den andra är whiffern - en enhet som innehåller en rad fasta lukter som kan blandas och släppas ut i noggrant uppmätta mängder och koncentrationer.
Den tredje delen av detta system är kanske den viktigaste. Detta är gränssnittet mellan sniffer och whiffer. [Detta] analyserar signaturen som kommer från sniffern och instruerar whiffern om hur den ska blanda sina palldoftämnen för att producera en utgående lukt som av en människa uppfattas vara så nära den ursprungliga inputen som möjligt, förklarar Harel.
Efter att ha bestämt hur enheten skulle fungera i princip vänder sig Harel till den viktiga frågan om hur väl den kan prestera. Han frågar om målet ska vara att exakt imitera lukten eller bara att återge den tillräckligt bra för att människor ska kunna känna igen den.
Det finns en viktig skillnad här. När vi ser ett fotografi eller lyssnar på radio känner vi igen bilden eller ljudet samtidigt som vi vet att de inte är den äkta varan. I båda fallen blir man omedelbart övertygad om att den artificiellt producerade produktionen är en adekvat reproduktion av originalet, om än artificiellt, säger Harel.
Inte nog med det, det är enkelt att vara övertygad om att denna reproduktionsprocess är helt generell och kommer att fungera lika bra oavsett input. Så det är lätt att tro att fotograferingsprocessen ska återge en stadsbild lika väl som den återger ett landskap eller ett porträtt.
Men luktsinnet är annorlunda. Ett sådant tillvägagångssätt skulle vara totalt olämpligt för lukt, säger Harel.
Här stöter tekniken på några viktiga begränsningar. Den kanske viktigaste av dessa är det mänskliga språkets oförmåga att beskriva lukter. Det finns inga metoder för att verbalt beskriva essensen av godtyckliga lukter, säger Harel.
Vissa metoder försöker låna ord från andra sinnen för att till exempel beskriva lukter som svala eller gröna. Andra har hittat på ord som bara relaterar till lukt, som mysk, rutten och blommig. Men ingen av dessa kan spänna över hela spektrat av mänskligt urskiljbara lukter.
Det gör luktidentifiering till en knepig verksamhet. En människa kanske kan känna igen doften av kaffe eller en apelsin, men skulle säkert grunda när han blev ombedd att känna igen dofter associerade med mer allmänna scener, som mossa i en mörk grotta, lukten av skrikande däck eller lukten av något okänt djur i en avlägsen skog.
Så Harel har ett alternativt tillvägagångssätt, löst baserat på Turing-testet för artificiell intelligens. I detta test måste en människa skilja en artificiell intelligens från en mänsklig intelligens. Harels idé är att be en människa att skilja lukter som produceras av den konstgjorda luktmaskinen från riktiga.
Metoden är enkel och smart designad för att undvika verbala karaktäriseringar. Harel säger att ljud och video kan ge testaren en känsla av fördjupning. Så metoden skulle innebära att en testare tittade på en video av platsen där lukten hade samlats och sedan avgjorde om den tillhörande lukten är verklig eller konstgjord. (Harel föreslår också ett par varianter av denna metod.)
Att upprepa denna process med många olika prover och testare skulle snart ge en känsla av hur väl det artificiella luktsystemet fungerar.
Naturligtvis måste man se till att inte göra uppgiften för betungande. Till exempel att börja med 10 flaskor vin och be testare att avgöra om dofterna är verkliga eller konstgjorda skulle vara för svårt för de flesta. Men i princip skulle ett sådant testsystem kunna fungera.
Det är ett intressant tankeexperiment som fokuserar på upplevelsens natur och hur vi förstår det. Det är inte svårt att föreställa sig mer uppslukande utmaningar som involverar mer än ett sinne – synljud, lukt, känsel och så vidare – och fråga om det är möjligt att skilja verklighet från någon form av konstgjord upplevelse. Det är ett ämne som många science fiction-filmer har utforskat.
I så fall kan vi få en uppfattning om hur viktig doften är för att bidra till realistiska upplevelser. För matrelaterad upplevelse är det helt klart viktigt. Men den fruktansvärda sanningen kan vara att under resten av tiden kan lukt vara en liten eller obetydlig del av upplevelsen. Kanske är det därför vi saknar vokabulär för att beskriva det korrekt.
I vilket fall som helst, åtminstone för tillfället, förblir konstgjord doft utom räckhåll. Det är nu 50 år sedan SmelloVision-experimentet. Kanske kommer Harels idéer att hjälpa till att utlösa något innovativt tänkande om hur man uppnår äkta konstgjord doft inom en snar framtid.
Ref: arxiv.org/abs/1603.08666 : Niépce-Bell eller Turing: Hur testar man luktreproduktion?