Andrei Mershin masih marah dengan anjing. ”Sebenarnya, saya mencintai mereka,” kata seorang ilmuwan Yunani-Rusia di kantornya yang nyaman di Massachusetts Institute (MIT). "Tapi mereka hanya melakukannya padaku."
Dia memasukkan video untuk menunjukkan apa yang dia bicarakan. Di dalamnya, seorang Spanyol hitam dan putih bernama Lucy muncul hingga enam gelas dengan urin manusia. Anjing mengendus mereka, kadang-kadang - secara singkat, kadang-kadang - sedikit lebih lama, jelas berusaha mencari tahu sesuatu. Bahkan, dia membuat diagnosis. Pencarian untuk mengontrol bau indikatif kanker prostat. Ternyata kanker ini memberi catatan khas pada urin pria. Cukup terlihat - setidaknya untuk anjing. Ketika Lucy menemukan gelas dari pasien kanker, dia duduk di seberangnya dan menerima hadiah dari pelatihnya.
Di antara orang-orang - yang terbang ke bulan, menerima foto lubang hitam dan menciptakan mobil dengan pilot otomatis - definisi kanker prostat masih dianggap tugas yang sangat sulit. Pada dasarnya, manusia mencoba menguji darah pasien untuk peningkatan kadar protein spesifik (PSA). Tetapi keberhasilan pelajaran ini sangat diragukan. Ilmuwan yang pertama kali menemukan PSA menyebut tes itu "sedikit lebih sukses daripada melemparkan koin." Positif palsu dapat menyebabkan biopsi prostat, prosedur yang sangat tidak menyenangkan di mana kanula besar dimasukkan melalui dinding rektum untuk mengekstraksi sampel jaringan.
Di sisi lain, anjing yang terlatih dengan baik dapat mendeteksi kanker prostat dengan akurasi lebih dari 90%, dan bagi mereka ini bukan masalah sama sekali. Lucy menangani enam sampel dalam waktu kurang dari dua menit. Andrei Mershin tidak bisa menerima ini:
Kami memiliki lebih dari $ 100 juta peralatan di bagian bawah Dan apakah anjing itu mengalahkan saya? Itu hanya membuatku kesal.
Mershin bukan dokter. Dia adalah seorang ahli fisika dengan pelatihan. Dia menjalankan lab Label Free Research Group, menghapus batasan antara fisika, biologi, dan ilmu komputer. Kantor Mershin memiliki sepasang kacamata yang dapat mengukur gelombang otak, majalah penerbangan, buku urologi, dan buku kode Python. Dia menolak untuk memakai kaus kaki yang sama dan berbicara sangat cepat dengan aksen Rusia, tema yang terus berubah. Dia pendek dan gemuk, dengan guncangan besar rambut putih, yang sekarang dan kemudian terpantul ketika dia bersemangat tentang sesuatu.
Laboratorium Mershin, dengan peralatan senilai $ 100 juta, terletak beberapa lantai di bawah kantor MIT-nya. Di satu ruangan, para peneliti mencoba untuk menciptakan warna baru. Di negara lain, untuk menciptakan bahan yang paling ringan dan paling tahan lama di planet ini. Tapi proyeknya yang paling menarik adalah pengembangan AO (bukan AI) - bau buatan. Sederhananya, mereka berusaha mengajari robot mengendus.
Dunia sudah penuh dengan mesin yang dapat melihat, berbicara, dan bahkan (secara primitif) berpikir. Tetapi cobalah untuk menemukan satu yang berbau. Masalahnya adalah indera penciuman masih diremehkan oleh orang-orang itu sendiri. Sebagian besar makhluk di planet kita dibimbing dalam banyak hal melalui penciuman, tetapi kita bukan salah satu dari makhluk-makhluk ini. Immanuel Kant, misalnya, mengatakan bahwa bau adalah "yang paling tidak berguna" dari lima indera dasar kita. Dalam survei 2011, 53% orang berusia 16 hingga 22 mengatakan mereka lebih suka melepaskan indera penciuman mereka daripada smartphone atau komputer.
Tetapi dalam beberapa tahun terakhir, menjadi semakin jelas bahwa aroma, jika Anda memiliki hidung yang cocok untuk persepsinya, dapat menjadi negara adikuasa yang nyata. Selama ribuan tahun, orang telah menggunakan anjing untuk memburu binatang, kemudian untuk menemukan obat-obatan dan bom. Dan baru pada awal 2000-an kami mulai menebak bahwa pada kenyataannya mungkin ada lebih banyak aplikasi untuk hidung yang bagus. Semuanya berawal ketika para peneliti tiba-tiba menyadari bahwa hewan peliharaan kita bisa mencium tanda-tanda awal melanoma. Ada cukup banyak berita di berita tentang bagaimana anjing ini atau itu menyelamatkan gundiknya dengan mulai merengek dan menusuk dadanya. Salah satu rekan peneliti Mershin, Claire Guest, sendiri diselamatkan ketika, pada 2009, anjingnya Daisy tiba-tiba mulai mendorong hidungnya ke bawah payudaranya, dan Claire memutuskan untuk memeriksakan diri ke dokter untuk berjaga-jaga.
Pada akhirnya, ternyata ada 10 jenis kanker dengan aroma yang sangat kuat. Yang paling menonjol adalah kanker payudara, paru-paru, ovarium, prostat, dan kanker usus besar. Ternyata juga anjing dengan bau menentukan waktu hari, pergerakan udara di dalam ruangan. Mereka dapat merasakan pendekatan episode diabetes dalam beberapa jam, memahami keadaan emosional seseorang tanpa petunjuk visual. Dan tidak hanya anjing, kucing, dan hewan lain juga memiliki "kemampuan supernormal". Dan terima kasih kepada seorang perawat Skotlandia dengan hidung yang sangat kuat, para ilmuwan baru-baru ini mengetahui bahwa orang-orang dengan penyakit Parkinson mulai memancarkan "kayu, bau musky" yang khas - bertahun-tahun sebelum gejala pertama muncul dengan sendirinya.
Semua ini pada akhirnya diperoleh bukan tentang anjing, melainkan tentang dunia di sekitar kita. Dunia yang masih sangat sedikit kita ketahui. Peristiwa dan penyakit dan bahkan kondisi mental berubah untuk meninggalkan tanda karakteristik di udara. Yang hanya perlu belajar membedakan. Ternyata bau seringkali merupakan cara terbaik untuk menemukan dan membedakan hal-hal tertentu. Dan metode selanjutnya pada gilirannya adalah terlalu mahal (kromatografi / spektrometri), menyakitkan (biopsi) atau hampir tidak realistis (membaca pikiran).
Bayangkan sebuah mobil (sensor + AI) yang dapat menangkap dan mendeteksi aroma berkali-kali lebih baik daripada anjing. Minimal, setiap rumah sakit akan menginginkan ini. Setiap perusahaan parfum. Idealnya, jika harga turun - setiap orang di atas 45 yang berisiko mengalami sejumlah penyakit. Dan lebih jauh lagi, dengan perkembangan teknologi, siapa tahu, mungkin kita bahkan akan belajar bagaimana mengidentifikasi seorang pemerkosa seksual atau seseorang yang memutuskan untuk membunuh dengan mencium bau di tengah kerumunan.
Sayangnya, kami belum mengembangkan robot yang dapat mencium, karena indera penciuman tetap menjadi misteri biologis yang besar. Para ilmuwan masih berusaha memahami bagaimana kita merasakan semua senyawa yang mudah menguap ini, bagaimana kita memisahkan satu molekul dari yang lain, dan bagaimana otak kita mampu mengklasifikasikan semua informasi ini dengan sangat cepat. "Ada lebih banyak pertanyaan daripada jawaban di bidang ini," keluh Hiroaki Matsunami, seorang peneliti di Duke University.
Andrei Mershin, bagaimanapun, percaya bahwa kita tidak perlu pemahaman mendalam tentang bagaimana mamalia mencium, untuk membangun hidung buatan. Dia menempatkan pada kenyataan bahwa semuanya akan menjadi kebalikannya. Untuk memahami cara kerja hidung, pertama-tama kita harus membuatnya! Dengan gurunya yang brilian, Shuguan Zhang, Andrei Mershin mengembangkan perangkat yang bahkan dapat dipelajari oleh saingan utamanya, anjing.
Teori bau
Pada Mei 1914, Alexander Graham Bell beralih ke lulusan sebuah sekolah di Washington. Penemu telepon berusia 67 tahun itu adalah orang yang agak tidak biasa, dan kinerjanya juga berbeda dari standar "perpisahan orang dewasa." Sebagai gantinya, dia memberi para siswa serangkaian pertanyaan, menyarankan bidang penelitian yang dapat membuahkan hasil jika salah satu dari pemuda itu serius menangani masalah ini. Salah satu pertanyaannya adalah "Bisakah saya mencium?":
Apa itu aroma? Apakah itu emisi partikel fisik di udara, atau itu bentuk getaran, seperti suara? Jika radiasi, Anda harus dapat menimbangnya, dan jika itu adalah getaran, Anda dapat mencoba memantulkannya dari cermin. Jika Anda memiliki ambisi untuk menemukan bidang ilmu baru, cobalah mengukur bau.
Lebih dari seabad telah berlalu, tetapi tidak ada yang memecahkan teka-teki Bell ini. Dan masih ada perdebatan apakah baunya adalah getaran atau reaksi kimia antara partikel. (Teori getaran jauh lebih kontroversial, tetapi tidak ada yang memahami indera penciuman dengan begitu baik sehingga dapat sepenuhnya dihilangkan). Bahkan, baru-baru ini, pada tahun 1991, para ilmuwan dapat mempelajari faktor-faktor genetik dan fisiologis dasar persepsi bau pada mamalia.
Kemudian ahli biologi Linda Buck dan Richard Axel menerbitkan karya mereka pada 1000 gen yang bertanggung jawab atas sekitar seribu reseptor penciuman pada tikus. Semuanya, ternyata, terletak di epitel di bagian atas rongga hidung, tepatnya di tempat di mana tengkorak dimulai. Ketika kita mengambil napas dalam-dalam, molekul melewati reseptor ini, dan mereka yang bersemangat, mengirimkan sinyal ke otak kita. Tetapi bahkan ini, kata para ilmuwan saat itu, hanya menunjukkan bagaimana persepsi (beberapa) bau dimulai. Dan bagaimana interaksi dengan reseptor terjadi juga tidak sepenuhnya jelas.
Selain itu, jumlah reseptor yang mereka temukan menciptakan masalah matematika. Manusia memiliki sekitar 400 reseptor penciuman ini, 2,5 kali lebih sedikit dari tikus. Tapi kita bisa mencium sekitar 10.000 aroma berbeda. Bagaimana itu?
Buck dan Axel mengemukakan teori bahwa bau adalah masalah kombinasi. Setiap reseptor hanya bertanggung jawab untuk menangkap molekul tertentu, dan kami mencium bau khas ketika beberapa reseptor berbeda "menyala" pada saat yang sama. Peneliti John Kayer membandingkan teori ini dengan bermain piano:
Piano hanya memiliki 88 kunci. Jika setiap kunci bertanggung jawab atas satu aroma, Anda hanya bisa merasakan 88 aroma berbeda. Ini jelas bukan masalahnya. Tetapi jika baunya seperti akord, matematika mulai terbentuk.
Buck dan Axel menerima Hadiah Nobel pada tahun 2004 untuk pekerjaan mereka. Sekarang Mershin dan ilmuwan lain mengikuti jejak mereka: mereka mengambil postulat bahwa bau hanyalah daftar molekul yang dicatat oleh kulit di hidung kita dan diteruskan ke otak kita. Jika Anda ingin memahami aroma bawang putih, Anda hanya perlu membongkar komponen kimianya. Dan di suatu tempat di dalam molekul-molekul ini, dalam rangkaian spesifiknya, sejarah bau ini dijelaskan.
Perendaman di dunia aroma. Odometer pertama
Tidak banyak waktu berlalu setelah penerbitan Axel dan Buck, ketika pekerjaan serius dimulai pada pembuatan hidung buatan. DARPA , yang bertanggung jawab atas pengembangan teknologi baru untuk Angkatan Darat AS, pada tahun 1997 mengalokasikan $ 25 juta untuk proyek tersebut. Mereka ingin mengganti anjing dalam masalah pencarian ranjau. Program itu disebut "Dog Nose". Badan tersebut mendanai tim ilmuwan di seluruh negeri untuk membangun mesin mengendus dan membawanya ke lapangan di Missouri untuk pengujian. Bumi dipenuhi dengan semua jenis tambang yang mungkin, dari perangkat fragmentasi kecil yang bertujuan untuk mengalahkan seseorang hingga unit besar yang dirancang untuk merusak sebuah tangki.
Untuk menginjak ranjau, tentu saja, aman, mereka dinetralkan. Namun demikian, tuduhan tetap ada pada mereka (setelah semua, mereka seharusnya ditemukan oleh bau), dan karena itu mereka dapat diledakkan - katakanlah, jika kilat menyambar mereka. John Kayer, yang merupakan salah satu peserta dalam program itu mengatakan, mereka kemudian harus mengungsi segera setelah mereka melihat tanda-tanda badai yang mendekat.
Untuk pengujian, Kayer membangun perangkat abu-abu seukuran kotak sepatu. Dia menyebutnya ScenTrak (sekarang versi upgrade-nya, omong-omong, dijual online). Tidak ada reseptor nyata di dalamnya. Sebaliknya, itu diisi dengan rantai panjang molekul (polimer) yang Kayer tahu akan bereaksi terhadap DNT, molekul yang terjadi di sebagian besar tambang. Jika ada ledakan di dekat ScenTrak, DNT dilampirkan ke polimer dan mereka mengirim sinyal. Kotak itu mulai berteriak "Mina!".
Nah, begitulah cara kerjanya dalam kondisi ideal. Di laboratorium, mesin itu dengan sempurna merasakan "bau" molekul DNT. Tetapi di lapangan, dengan udara segar, angin dan debu, perangkatnya tidak berfungsi. Polimer bereaksi terhadap segalanya - DNT, cuaca, tanaman, beberapa jenis tanah.
ScentrackPerangkat lain yang berpartisipasi dalam kompetisi (satu bernama Fido, Cyranose lainnya) bekerja dengan prinsip yang sama. Semuanya menggunakan polimer yang peka terhadap zat tertentu. Dan mereka semua memiliki keterbatasan serius, mereka hanya bekerja dalam kondisi yang ditentukan secara ketat. (Omong-omong, yang paling sukses adalah Fido , yang sekarang digunakan di pos pemeriksaan untuk mendeteksi bahan peledak dalam jarak yang sangat dekat).
Semua ini, bagaimanapun, hampir tidak bisa disebut indera penciuman - sama seperti tidak dapat dikatakan bahwa detektor karbon monoksida, yang termasuk alarm, "bau asap". Selain itu, untuk beberapa alasan semua sensor ini bekerja sangat buruk di lingkungan dengan banyak bau, terus-menerus memberikan sinyal positif palsu, bahkan jika tidak ada bahan peledak di dekat sini.
Sekarang para ilmuwan berpikir bahwa alasannya adalah dalam teori terlalu primitif di mana perangkat ini dibangun. Gagasan dari awal 90-an tentang molekul dan reseptor yang diperhitungkan untuk mereka, pada kenyataannya, hanyalah puncak gunung es. Ternyata kadang-kadang molekul dengan bentuk yang identik memiliki aroma yang sama sekali berbeda. Dan kadang-kadang zat, molekul yang tidak menyerupai apa pun, berbau sama bagi kita. Dengan kata lain, bentuk dan komposisi molekul tidak selalu menentukan aroma.
Sekarang teorinya telah dilengkapi, dibuat lebih sulit (dan masih belum dipahami dengan baik). Singkatnya, masing-masing reseptor “lebih menyukai ” molekul tertentu, tetapi mampu menangkap hampir semuanya. Kombinasi baru molekul yang berkumpul terus terbentuk di hidung kita, dan kombinasi data ini dari semua reseptor kita menentukan bagaimana kita mencium. Piano tidak hanya memiliki 88 kunci dengan akord, tetapi juga memiliki pedal dan speaker. Zhang berkata:
Anda dapat menekan masing-masing tombol dalam akor dengan kekuatan yang berbeda. Lemah, Anda mendapatkan satu suara, lebih kuat - yang lain.
Secara umum, teori penciuman ternyata sangat kompleks sehingga bahkan orang memiliki sedikit keinginan untuk menerimanya. Masih mungkin untuk menentukan satu molekul, tetapi untuk merasakan satu set tertentu dari mereka, dan bahkan dengan intensitas yang diinginkan, dan bahkan jika intensitas ini harus berbeda untuk setiap molekul ... Brr. Tidak terima kasih
Zhang
Mershin dan Zhang adalah pasangan yang aneh tapi harmonis. Mershin jarang melakukan hal yang sama dua kali. Ketika kami tersesat dalam perjalanan dari kantin MIT ke kantornya, ia mengakui bahwa ini terjadi padanya secara teratur. Terlebih lagi, ia tersesat "dalam pikiran juga, tidak hanya secara geografis, tetapi juga secara intelektual." Dalam kata-katanya sendiri, dia menderita disleksia, sinestetik, buta warna menjadi merah muda dan abu-abu, dia tidak ingat wajah, dia memiliki gangguan defisit perhatian. Terkadang dia lupa alamat rumahnya. Dia juga sangat penasaran dan tertarik dengan pengetahuan baru.
Suatu ketika, untuk memahami arti aroma, ia mengembangkan permainan untuk anak-anaknya di mana mereka harus merendam bola kapas dengan parfum, menutup mata mereka sendiri, dan kemudian mencoba menemukannya. Selain bau, dia sekarang sibuk membangun rumah di Namibia dari jamur dan cara untuk menghilangkan logam berat dari air. "Aku tidak bisa melakukan satu hal. Tetapi saya suka bekerja dengan orang-orang yang sangat fokus pada tujuan mereka, dan telah belajar untuk melakukan beberapa hal spesifik lebih baik daripada orang lain di dunia. "
Zhang adalah orang seperti itu. Jika Mershin terus-menerus sibuk, Zhang selalu tenang dan fokus. Dia percaya bahwa untuk mencapai sesuatu, seseorang harus masuk jauh ke dalam satu proyek, satu pertanyaan. Dia telah mempelajari indera penciuman sejak 2003, berusaha memahami reseptor dan pekerjaan mereka. Beberapa dekade telah berlalu sejak publikasi Buck dan Axel, tetapi sejauh ini belum ada yang bisa melihatnya - baik di bawah mikroskop atau dengan kristalografi sinar-X. Ini adalah salah satu alasan mengapa indera penciuman tetap menjadi misteri. Kita tidak bisa melihat pada tingkat paling primitif apa sebenarnya yang dilakukan reseptor ini. Apakah mereka mengikat molekul dengan diri mereka sendiri? Bagaimana? Apakah faktor-faktor seperti kelembaban udara atau zat lain memengaruhi pekerjaan mereka? Tidak ada yang tahu
Zhang menghabiskan bertahun-tahun mengembangkan metode untuk melihat reseptor. Dari apa yang dia ketahui, ini adalah protein membran dengan struktur yang sangat kompleks. Masing-masing seperti benang panjang yang membungkus dan melewati membran yang memisahkan sel dari dunia luar. Jika pola kompleks ini sedikit diubah, reseptor tidak akan berfungsi. Bahkan jika Anda memiringkan atau membalik protein reseptor seperti itu, ia akan menolak untuk memenuhi fungsinya.
Sekitar setengah dari reseptor berada di luar sel, siap menerima molekul baru. Ketika dia menempel padanya, itu berubah bentuk, dan sel mengirimkan sinyal ke otak.
Untuk memahami beberapa fakta ini, dan untuk mengetahui struktur reseptor yang tepat, Zhang bekerja sejak 2003. Tetapi sejauh ini dia belum melihat satu dengan matanya sendiri: mereka bereaksi terlalu negatif terhadap lingkungan eksternal. Dan mereka terlalu kecil.
Tetapi pekerjaan Shuguang Zhang tidak sia-sia. Ketika DARPA meluncurkan proyek baru pada 2007, RealNose, untuk mencari aroma bahan peledak improvisasi di Irak dan Afghanistan. Kali ini, polimer dan obat buatan lain yang meniru kerja reseptor tidak baik. Kondisinya terlalu keras, dan ada terlalu banyak bau. Para ilmuwan harus membangun alat yang didasarkan pada indera penciuman mamalia yang dulu baik.
Zhang benar-benar ingin mendapatkan hibah seperti itu. Laboratoriumnya adalah salah satu dari dua atau tiga di dunia yang menangani masalah ini. Tapi Mershin tidak mau dibatasi. "Selama berbulan-bulan saya memberontak, memberi tahu mereka di DARPA bahwa menggunakan reseptor sungguhan adalah persyaratan bodoh." Mengapa struktur biologis diperlukan jika jauh lebih mudah untuk bekerja dengan yang buatan? Setidaknya mereka tidak berhenti berfungsi jika mereka dimiringkan atau dibalik. "Kami ingin terbang seperti burung, tetapi kami tidak membangun sayap bulu dan badan pesawat!"
Tetapi jumlah bantuan militer itu sangat serius, dan Andrei harus menanggungnya.
Balap dengan DARPA
Mershin dan Zhang memutuskan bahwa mereka akan mencoba menumbuhkan reseptor nyata di laboratorium mereka, dan kemudian, pada kenyataannya, mengoleskannya pada papan sirkuit tercetak. Mereka berpikir, secara statistik, jika mereka cukup terjebak reseptor, beberapa dari mereka akan bertahan hidup, dan dengan orientasi ke arah yang benar. Kemudian mereka akan menarik arus melalui papan. Ketika reseptor akan merespon senyawa volatil, mereka akan berubah bentuk, seperti pada hidung normal. Akan ada gelombang.
Prototipe ini masih di laboratorium Mershin: botol plastik dengan dua nozel logam yang dipegang oleh resin epoksi. Dari sana ada kabel yang melekat pada chip kecil. Jelas, zat dengan bau dituangkan ke dalam botol, dan ini entah bagaimana harus mempengaruhi arus.
Itu gagal. , , , . «» , .
, , Nano-Nose («-») – DARPA. . « ». – (« !»). .
– , . – , . : , , - .
15 . , DARPA. – , , , 140- , $70 000 – , . , . , – .
DARPA , . , Nano-Nose AI, , . .
, , . . - , «!». Itu saja.
DARPA . . . . Nano-Nose . , ( , ).
AI . , , Nano-Nose . . , – . . « , - , , . , ».
, , - , , . , , , , . , . , . , . , ( ).
: , . , - . , , , . « », – .
. 2
, « » , ( ) . , , , , « ». .
« », – . – « . , , . , « », . , , . , ».
«-» – . , , . , . . , , . , , – , , .
, , « », . -, . -, , , , $25 000 , . , , .
«» : , . , 90-100% , . , «» 24 , , . .
MIT, , . -, «», DARPA. «» – , , .
, , . – , . . , – , . , « 100% » . -. , ( ) . , .
, «» – , Aromyx. - , . - 20 , , . Aromyx «» 400 . , , ( ) – , .
« », – , «-» « №5». , , , , , . .
Aromyx , . , - -: , .
Aromyx 400 . , , « » , ( ).
– , - . , . , – . , . . – . , . , .
. Medical Detection Dogs, . ( , , ..), I-, . , , «» -.
, , , . , - . , .
- , . , , , - , . , , , . , , , . , , . , .
, , . ? , , , ? -, , , , ? ? – «» ( )?
Andrei Mershin tidak khawatir tentang ini. Alih-alih, dia, yang selalu haus akan pengalaman baru, lebih takut pada dunia di mana perangkat mengembangkan dan mengirim aroma khusus untuk Anda. "Saya mendukung teknologi apa pun yang mengendus Anda. Tapi saya akan sangat berhati-hati dengan teknologi yang ingin Anda mengendus mereka. " “Jangan biarkan perangkat mulai menyumbat kepala Anda dengan aroma. Ide yang sangat buruk. " Dengan kata lain, biarkan smartphone menjadi anjing Anda, dan Anda - pemiliknya. Dan bukan sebaliknya.
PS Pochtoy.com dapat mengirimkan gadget dan barang apa pun dari AS. Sekarang - tidak hanya ke Rusia, tetapi juga ke Ukraina , berkat kerja sama dengan New Mail. Biaya pengiriman 0,5 kg dari $ 11,99 (untuk Ukraina - dari $ 8,00). Untuk pendaftaran baru dengan kode promo HABR - diskon 7% untuk pengiriman pertama, ditambah penukaran gratis dari toko Amerika oleh operator kami.
