人工嗅觉的图灵测试已诞生,如何精准再现气味

与图像和声音不同,气味从来没有被精确再现过。现在有位研究者已经开始认真思考人工嗅觉如何实现的问题。

这是个有趣的问题。谈到人类感觉,我们已经找到了能够相当精确复制真实世界的景象和声音的方法。我们甚至还有用于复制特定体验感受的技术,比如驾驶飞机和汽车的模拟装置。

但是再现嗅觉的问题要棘手得多。1960年的SmelloVision实验就是个实例:在电影播放过程中的特定时间点,影院中会释放出各种气味(总计约30种)。只有一部电影《神秘的气味》曾使用过这个系统,但很快就失败了。

实际上还没有人找到能够精确复制真实世界各种气味的方法。也正因如此,人工嗅觉是种我们一直无法实现的技术。

瓶颈主要在于测量空间中某个点的气味,然后在另一个点复制它——但这个任务的复杂和微妙程度都令人吃惊。

然而,即便它有可能实现,我们又该怎样测试这样一个系统?我们如何知道人工气味是原始气味的精确复制?

这听起来可能是个琐碎的问题,不过以色列魏兹曼科学研究院的大卫·哈雷尔(David Harel)对这个复杂的问题已经有了一个更深入的研究。哈雷尔已经为人工嗅觉开发了一种“图灵测试”式的检验方法,它对解决这个问题很有帮助。

哈雷尔首先解释了为什么复制嗅觉与复制视觉或者声音完全不同。重建视觉刺激就是简单地复制光的波长与亮度的空间分布。而声音的音调则是由音高、音量和音色所决定的。

哈雷尔举了两个例子:路易斯·达盖尔(Louis Daguerre)于1838年拍摄的第一张真人照片,亚历山大·格雷厄姆·贝尔(Alexander Graham Bell)打出的第一通电话(他在电话里成功传唤了他在隔壁房中的助手)。他说:“这两个例子中的人工产物都立即被辨认出是原型的真实演绎。虽然不完美,但却是明白无误的。”正因如此,认为摄影术和电话通讯是产生可靠复制品的方法也就顺理成章了。

但是,嗅觉代表着一种不同的挑战。气味的原型是那些我们的嗅觉系统检测到的分子。嗅觉系统会向大脑传送能引起气味知觉的相应信号。哈雷尔说:“所以,分析和合成气味不仅仅是使用一组相关的数学函数所得出的波长问题。”

哈雷尔简述了复制气味所需的更为复杂的过程。它包括三个部分:第一个部分他称为“嗅探器”——一个把输入的气味转换成数字化特征的设备。第二个部分是“喷雾器”——一个含有系列固定气味的设备,这些固定气味将以精确的体积与浓度混合后释放。

该系统的第三个部分可能是最重要的,它是位于嗅探器和喷雾器之间的界面。它能分析来自嗅探器的信号并指导喷雾器操作“气味调色板”,产生出人类可感知的最靠近原型的气味。

基本工作原理确定下来后,哈雷尔开始思考设备能精确到什么程度。他想知道研究的目标究竟应该是精确仿造气味,还是只要复制出能够让人类识别的气味就行。

二者之间有着重要的区别。在看一张照片或者听收音机的时候,我们能够识别出图像和声音,同时又知道那都不是真的。哈雷尔说:“在这两种情况下,人们会立即感到这些人造品生动地复制了原型,尽管它们是人造的。”

不仅如此,一个人还会立马确信这类复制过程是放之四海而皆准的,无论复制源为何物,效果都一样好。所以摄影能够复制城市景观的同时也能复制风景或肖像也就理所当然了。

但是嗅觉是不同的,对嗅觉来说这类途径完全不适合。

嗅觉技术遇到了一些关键的限制因素。这些限制里最要命的可能就是人类语言在描述气味时的无能。哈雷尔说:“目前还没有能够口头描述任意气味精髓的方法。”

有些方法尝试从其他感觉借用词语来描述气味,比如“凉爽的”或者“绿色的”。或者使用和气味相关的词语,比如:麝香味的,腐烂的和花香的。但是它们没有一个能够完整覆盖所有人类可分辨的气味。

这使得气味识别变成了一个烫手的山芋。或许一个人能够识别出咖啡或者橘子的气味,但是请他辨别更加综合的气味场景,比如:黑暗洞窟里的苔藓味、急刹车时轮胎的气味,或者在遥远森林里一些不知名动物的气味的时候,他肯定会失败。

所以哈雷尔有一个替代方法,这个方法大致植根于人工智能的图灵测试。在图灵测试中,测试者必须把人工智能和人类智能区分出来。哈雷尔的想法是,请人们把由人工嗅觉机器制造的气味从真正气味中区分出来。

这个方法直截了当的,而且设计得很巧妙,可以免去任何言语描述。哈雷尔说,音频和视频能够带给受试者一种沉浸感。所以,该方法会请一位受试者观看气味采集处的视频,随后让受试者判断相应的气味是真实的还是人造的(哈雷尔还给出了几种改造版方案的提议。)

通过不断重复这个过程,受试者很快就能感觉出人工嗅觉系统的表现如何。

当然,还必须注意不要让任务过于艰难。例如让受试者从10瓶红酒开始测试,让他们判断这些气味是真实的还是人造的——这对大多数人来说都太难了。但是原则上,这样的测试系统能够行得通。

这是个有趣的思维实验,它的着眼点在于感官体验的本质和我们如何理解这些体验。不难想象会有更加拟真的、涉及不止一种感官(视觉、听觉、触觉等)的挑战,我们是否可以把现实从这些人造体验中区分出来?这是许多科幻电影都已经挖掘过的主题。

在这类情况下,我们可能才会明白嗅觉对真实体验有多么重要。对于与食物相关的体验嗅觉当然非常重要。但是真相可能是:在其余地方,嗅觉可能只是人类体验中一个微不足道或无关紧要的组成部分。可能这也是造成我们缺乏精确描绘嗅觉词语的原因吧。

至少在目前看来,人造嗅觉无论如何仍然无法实现。现在距离当初的SmelloVision实验已经有50年。也许在不久的将来,哈雷尔的主意将帮助某些真正实现人工嗅觉的创新性想法的出现。

【文/DeepTech深科技(微信号:mit-tr)】

·氧分子网(http://www.yangfenzi.com)延伸阅读:

分享给您的好友:

您可能还喜欢…

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

您可以使用这些HTML标签和属性: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>