Учёные США и Китая передали запах пива на расстоянии с помощью ИИ

Ученые из Китая и США создали систему Scentronic, которая умеет передавать запах пива на расстояние. В основе — электронный нос и искусственный интеллект: датчики анализируют летучие вещества, а принимающее устройство воспроизводит аромат из готового набора. Пока система различает пять категорий: пиво, кофе, красное вино, выпечку и апельсин.

Описание системы Scentronic

Инженеры и медики из Университета штата Огайо и китайской лаборатории Чжэцзян под руководством Цзинхуа Ли представили систему Scentronic в журнале Science Advances. Система включает два компонента: датчики, улавливающие запах, и устройство, которое по цифровому сигналу выпускает в воздух соответствующий аромат. Точность определения запахов датчиками превысила 96%, люди верно назвали одиночные ароматы в 72,86% случаев, сочетания двух запахов — в 71,43%.

Как работает ультразвуковой распылитель

Вместо нагрева и насосов создатели применили ультразвуковое распыление. Каждый модуль — напечатанный на 3D-принтере пластиковый цилиндр, внутри которого друг над другом расположены четыре элемента: емкость с ароматизатором, хлопковый фильтр, пьезокерамическая пластина и крышка с отверстием. Фильтр работает как фитиль: впитывает жидкость и прижимает ее к пластине. В пластине — микроскопические отверстия, сужающиеся кверху. Под действием переменного тока с частотой 110 кГц пластина вибрирует и проталкивает жидкость через отверстия, создавая холодный туман.

Испытания показали: эффективное распыление происходит только на частоте 110 кГц — при отклонении до 90 или 120 кГц выброс падает более чем в девять раз (с 0,9 до менее 0,1 мл/мин). Чтобы избежать неприятного писка, авторы подают ток короткими всплесками по 10 миллисекунд. За это время устройство выбрасывает порцию тумана, но не издает слышимого звука. Сила запаха регулируется паузами между всплесками: от 90–190 мс для слабого аромата до нуля для максимального. Это позволяет настраивать время работы от 5 минут на полной мощности до 35 минут на минимальной.

Форм-факторы и автономность

Разработчики предусмотрели несколько форм-факторов: одиночный модуль на кольце или клипсе под носом, браслет на запястье с двумя запахами, ожерелье с пятью капсулами спереди и батареей сзади, а также настольные и ручные модули на пять или шесть запахов, способные смешивать ароматы.

Аккумулятора емкостью 400 мАч хватает более чем на 5 часов работы одного канала и на 1 час при одновременной работе пяти каналов. Даже после часа непрерывной работы корпус нагревается лишь до 35,8°C.

Передача запаха на расстоянии

Чтобы соединить датчики и распылители на расстоянии, оба оснастили Wi-Fi-чипами. Датчики преобразуют напряжение в цифровой код и отправляют его через интернет на облачный сервер Google Cloud, который мгновенно пересылает команду всем подключенным распылителям. Задержка передачи — в среднем 65 миллисекунд, а общая задержка системы (от поднесения пробирки со спиртом до изменения подачи тумана) составила 0,6 секунды. Система передает не только вид запаха, но и его силу в реальном времени: в одном опыте исследователь приближал и отдалял пробирку, и распылитель синхронно менял интенсивность.

Испытания на добровольцах

В тесте на порог чувствительности 16 участников сидели в 20 см от прибора. Устройство подавало запах апельсина на 1 секунду с перерывами по 5 секунд, постепенно увеличивая мощность в 10 шагов. Большинство заметили запах на пятом уровне — это позволяет врачу удаленно оценить обоняние пациента.

В тесте на оценку силы 14 участников правильно расставили пять уровней спирта в 58,57% случаев. Затем задачу усложнили смесями двух запахов (кофе+апельсин, пиво+выпечка и т.д.). В другом эксперименте 14 добровольцев определяли более сложные запахи — на это уходило от нескольких до десятков секунд.

Прототип чашки для смешанной реальности

Исследователи также создали прототип кружки, которая воспроизводит ароматы и вкусы. В крышку встроены пять распылителей аромата, а в стенки — пять медных катушек, которые магнитным полем толкают гибкую пленку с магнитами, впрыскивая капли вкусовой добавки в обычную воду. Катушка содержит 400 витков тонкой медной проволоки, а внутри кружки — силиконовая пленка с двумя магнитами 3×3 мм. На схеме (Б) показаны результаты проверки порога обоняния у 16 добровольцев и скорость связи (65 мс).

Перспективы применения

В будущем технологию планируют использовать для дегустации в смешанной реальности, медицинской диагностики обоняния, дистанционной оценки товаров и более реалистичного онлайн-общения — например, чтобы отправлять близким не только фото еды, но и ее запах. Однако для этого потребуется расширить библиотеку ароматов и повысить точность воспроизведения.

Исследователи из Университета штата Огайо и Чжэцзянской лаборатории опубликовали работу в журнале Science Advances.