Trí tuệ nhân tạo và Mùi hương: Một thuật toán có khả năng kiểm tra mùi hương của Intel

Có bao giờ bạn nghĩ rằng những thiết bị điện tử hay những con chip sẽ được “tái tạo” để trở thành những chiếc mũi phân biệt mùi hương cũng như tùy chọn những mùi hương thay thế cho những hương liệu bị cấm? Bài viết này sẽ làm bạn ngạc nhiên vì sự tiến bộ của giới khoa học thế giới.

Intel, công ty công nghệ và tập đoàn đa quốc gia của Mỹ, đã công bố vào năm 2017 chip điện toán thần kinh đa hình đầu tiên của họ, Loihi, được công ty mô tả là “thế hệ tiếp theo của AI (Artificial Intelligence), có khả năng áp dụng các nguyên tắc tính toán có trong bộ não sinh học vào kiến ​​trúc máy tính.” Nghiên cứu tính toán thần kinh phản chiếu cấu trúc thần kinh của não người; nó nhằm mục đích đưa các quá trình thực tế của não vào silicon.

Giờ đây, công ty đã công bố nghiên cứu mới về một thuật toán có khả năng ngửi! Cùng với các nhà nghiên cứu từ Đại học Cornell, các nhà nghiên cứu thần kinh của Intel đã xây dựng một thuật toán toán học mô phỏng hệ thống khứu giác được quan sát ở động vật có vú chịu trách nhiệm học và xác định mùi. Thuật toán sau đó được thực hiện trên chip điện toán thần kinh Loihi.

Những gì xảy ra trong não của động vật có vú trong quá trình ngửi được giải thích trên trang web của Viện Y tế Quốc gia như sau.

Khả năng ngửi của bạn đến từ các tế bào cảm giác chuyên biệt, được gọi là tế bào thần kinh cảm giác khứu giác, được tìm thấy trong một mảng mô nhỏ cao bên trong mũi. Các tế bào này kết nối trực tiếp với não. Mỗi tế bào thần kinh khứu giác có một thụ thể mùi. Các phần tử cực nhỏ do các chất xung quanh chúng ta tiết ra — cho dù đó là cà phê pha hay cây thông trong rừng — kích thích các thụ thể này. Khi các tế bào thần kinh phát hiện ra các phân tử, chúng sẽ gửi thông điệp đến não của bạn để xác định mùi. Có nhiều mùi trong môi trường hơn là có các thụ thể và bất kỳ phân tử cụ thể nào cũng có thể kích thích sự kết hợp của các thụ thể, tạo ra một biểu hiện độc đáo trong não. Những biểu hiện này được não bộ ghi nhận như một mùi đặc biệt.

Mùi đến các tế bào thần kinh khứu giác thông qua hai con đường. Con đường đầu tiên là thông qua lỗ mũi của bạn. Con đường thứ hai là thông qua một kênh nối vòm họng với mũi. Việc nhai thức ăn giải phóng mùi thơm giúp tiếp cận các tế bào thần kinh khứu giác thông qua kênh thứ hai. Nếu kênh này bị tắc nghẽn, chẳng hạn như khi mũi bạn bị nghẹt thở do cảm lạnh hoặc cúm, mùi không thể tiếp cận các tế bào cảm giác bị kích thích bởi mùi. Do đó, bạn mất nhiều khả năng thưởng thức hương vị của thực phẩm. Bằng cách này, khứu giác và vị giác của bạn hoạt động chặt chẽ với nhau. (Thu nhỏ)

Nếu không có tế bào thần kinh khứu giác, sẽ khó phân biệt được những mùi vị quen thuộc như sô cô la hay cam. Không có mùi, thực phẩm có xu hướng nhạt nhẽo và có ít hoặc không có hương vị. Một số người đi khám bác sĩ vì cho rằng mình bị mất khứu giác thì ngạc nhiên khi biết rằng thay vào đó họ đã mất khứu giác. – Trang web NIH

Bên cạnh việc ngửi một mùi nhất định, chúng ta còn lưu giữ những kinh nghiệm về mùi trong quá khứ và liên tục xử lý thông tin mới, dẫn đến khả năng phân biệt giữa hàng nghìn tỷ mùi hương khác nhau. Trên thực tế, chip của Intel vẫn chưa có khả năng làm được tất cả những điều đó. Tuy nhiên, nhóm đã tính toán thần kinh cơ bắt đầu với mười mùi khác nhau.

Nabil Imam, Nhà khoa học Nghiên cứu Cấp cao của Intel, giải thích trên trang web của Intel về cách họ lấy “bộ dữ liệu bao gồm hoạt động của 72 cảm biến hóa học để phản ứng với 10 chất khí (mùi) lưu thông trong đường hầm gió. Phản ứng của các cảm biến đối với từng mùi hương đã được truyền tới Loihi nơi các mạch silicon mô phỏng mạch não của khứu giác. Con chip này nhanh chóng học được các biểu diễn thần kinh của mỗi mùi trong số 10 mùi, bao gồm axeton, amoniac và metan, đồng thời xác định chúng ngay cả khi có nhiễu nền mạnh. Máy dò khói và khí carbon monoxide ở nhà của bạn sử dụng cảm biến để phát hiện mùi nhưng chúng không thể phân biệt với nhau; chúng phát ra tiếng bíp khi phát hiện các phân tử có hại trong không khí nhưng không thể phân loại chúng theo những cách thông minh. “

Đối với các ứng dụng thực tế của công nghệ mới, Nabil nhận thấy tiềm năng của các robot được trang bị chip thần kinh sinh học để giám sát môi trường và phát hiện vật liệu nguy hiểm hoặc cho các hoạt động kiểm soát chất lượng trong các nhà máy. Hoặc chúng có thể được sử dụng để chẩn đoán y tế trong trường hợp các bệnh phát ra mùi đặc biệt. Một ví dụ khác có robot được trang bị thần kinh nhận dạng tốt hơn các chất độc hại trong các tuyến an ninh sân bay.

Thật thú vị khi nghĩ sự phát triển này có thể có ý nghĩa gì đối với ngành công nghiệp nước hoa; ví dụ như tìm kiếm các giải pháp thay thế chính xác cho các chất có mùi hương bị cấm, hoặc giữ các công thức cải tiến gần với nước hoa gốc hơn. Có thể bạn muốn chia sẻ trong phần bình luận về cách bạn nghĩ rằng công nghệ mới này có thể mang lại lợi ích cho thế giới nước hoa yêu quý của chúng ta?