Ang Paghahangad na Gumawa ng Bot na Maaaring Makamandag din bilang isang Aso


Ang mga aso pa rin galit si Andreas Mershin. "Ibig kong sabihin, mahal ko ang mga aso," sabi ng siyentipiko ng Griyego-Ruso, sa kanyang opisina sa MIT. "Ngunit ang mga aso ay tumampal sa akin sa mukha."

Kumuha siya isang video upang ipakita sa akin kung ano ang ibig sabihin niya. Sa loob nito, isang itim na asong nagngangalang Lucy ay lumalapit sa isang serye ng anim na istasyon, bawat isa ay pinaghihiwalay ng isang maliit na hadlang. Sa bawat isa, ang isang basong tasa ng ihi ng tao na may isang screen na takip ay nakaupo sa antas ng ilong ng hayop. Si Lucy ay kumukuha ng isang maikling sniff ng bawat sample, kung minsan ay hinuhukay ang kanyang snout upang makakuha ng mas mahusay na simoy. Nagsasagawa siya ng isang uri ng diagnostic test: naghahanap ng paliwanag ng pabango ng kanser sa prostate, na kung saan, lumiliko ito, nag-iiwan ng pabagu-bago ng isip, nakikita na lagda sa umihi ng isang tao. Hindi maunawaan kung ikaw ay isang aso, gayon pa man. Nang makita ni Lucy kung ano ang hinahanap niya, umupo siya at tinatanggap ang isang gamutin.

Kabilang sa mga tao-na ang lakas ng paggawa ng toolmaking ay nagbigay sa mundo ng mga maleta na self-driving at muling magagamit na mga rocket booster-ang kanser sa prostate ay napakapansin na nakakakita. Ang nakagagaling na paraan ay upang suriin ang dugo ng isang pasyente para sa mataas na antas ng isang protina na tinatawag na antigen na partikular sa prosteyt. Ngunit ang pagsubok ay isang miserable track record. Ang siyentipiko na unang natuklasan sa PSA ay inilarawan ang pagsusulit bilang "halos hindi mas epektibo kaysa sa isang barya na itapon." Ang isang maling positibong maaaring humantong sa isang prosteyt biopsy, isang napakasakit na pamamaraan na nagsasangkot ng pagpasok ng isang malaking, guwang na karayom ​​sa pamamagitan ng pader ng rectum upang makuha isang sample ng tisyu mula mismo sa prostate.

Ang mga sinanay na sinanay na sinanay, sa kabilang banda, ay maaaring makakita ng kanser sa prostate na mas mahusay kaysa sa 90 porsiyento na kawastuhan, at may malambot at malambot na kahusayan. Sa video, naglalakad si Lucy sa anim na sampol sa loob lamang ng ilang minuto. Ito ang nag-mamaneho ng Mershin sa pader. "Mayroon kaming $ 100 milyon na halaga ng kagamitan sa silong. At ang aso ay maaaring matalo sa akin? "Sabi niya. "Iyon ay pissing off ako."

Si Mershin ay hindi isang doktor. Isa siyang physicist sa pamamagitan ng pagsasanay. Nagpapatakbo siya ng isang lab na tinatawag na Label Free Research Group, na umiiral sa kabila ng mga hangganan sa pagitan ng physics, biology, science sa materyales, at agham sa impormasyon. Sa kanyang opisina, pinanatili ni Mershin ang isang pares ng mga salaming pang-araw na maaaring masukat ang mga alon ng utak, kasama ang mga magasin sa abyasyon at mga aklat sa urolohiya, ang physics of consciousness, at coding sa Python. Siya ay mabilis na nagsasalita sa isang tuldik na nakaupo sa isang lugar sa pagitan ng kanyang dalawang katutubong wika, at binabago niya ang mga paksa sa pinakamaliit na pamiminsala. Siya ay tumangging magsuot ng pagtutugma ng medyas, dahil bakit dapat tumugma ang mga medyas? Siya ay maikli at bilog, na may isang kiling ng strawberry blond curls na bounce kapag siya ay nasasabik.

Ang Mershin's lab, kung saan pinanatili niya ang $ 100 milyon na halaga ng kagamitan, ay umupo sa ilang mga sahig mula sa kanyang opisina sa MIT. Sa isang silid, sinisikap ng mga mananaliksik na mag-imbento ng mga bagong kulay; sa isa pa, upang lumikha ng pinakamaliit, pinakamatibay na materyales sa mundo. Ngunit narito ako dahil ang pasilidad na ito ay gumagawa ng ilan sa pinakamahalagang pananaliksik sa mundo patungo sa pagbuo ng AO-artipisyal na olfaction.

Maraming mga robot ang mga araw na ito ay maaaring makita, marinig, nagsasalita, at (krudely) sa tingin. Subalit magandang kapalaran sa paghahanap ng isa na maaaring amoy. Sa bahagi, iyan lamang dahil ang olfaction ay palaging napakalalim ng mga tao-isang uri ng tserebral, hypervisual snobs. Inalis ni Kant ang amoy bilang "pinaka-dispensable" ng aming limang pandama. Nalaman ng isang poll na 2011 na ang 53 porsiyento ng mga taong edad 16 hanggang 22 ay mas gusto nilang bigyan ng amoy kaysa magbigay ng kanilang mga smartphone at computer.

Ngunit sa nakalipas na ilang taon, naging lalong malinaw na ang amoy, sa tamang suso, ay maaaring isang uri ng pinakamalakas. Para sa millennia, ang mga tao ay may mga prized na aso para sa kanilang kakayahan sa pagsubaybay; Matagal nang ginagamit ng pulisya at mga armadong pwersa ang mga ito upang makain ng bomba, droga, at katawan. Ngunit simula noong mga unang bahagi ng 2000s, ang isang natuklasan ng mga natuklasan ay higit na pinalawak ang aming kahulugan kung anong mga aso ang maaaring gawin sa kanilang mga ilong. Nagsimula ito nang malaman ng mga mananaliksik na maaaring maamoy ng mga canine ang maagang pagsisimula ng melanoma. Pagkatapos nito ay maaari nilang gawin ang parehong para sa kanser sa suso, kanser sa baga, kanser sa kolorektura, at kanser sa ovarian. Maaari silang amoy ng oras ng araw sa paggalaw ng hangin sa paligid ng isang silid; diabetic episodes ng mga oras ng pangyayari nang maaga; at tuklasin ang mga emosyonal na kalagayan ng tao sa kawalan ng mga visual na pahiwatig. At ito ay hindi lamang mga aso. Tiningnan ng isang Scottish nurse na may lubos na nakikitang ilong, natuklasan ng mga siyentipiko na ang mga taong may sakit na Parkinson ay nagpapalabas ng magkakaibang "makahoy, mahimog na amoy" na taon bago magpakita ng mga sintomas.

Naniniwala si Andreas Mershin na hindi namin kailangang maunawaan kung paano namumula ang mammals upang bumuo ng isang artipisyal na ilong. Ang pagtaya niya ay gagana ang mga bagay sa kabilang paraan.

Ang lahat ng ito ay nagdaragdag hanggang sa isang paghahayag hindi lamang tungkol sa mga aso ngunit tungkol sa pisikal na mundo mismo. Ang mga pangyayari at sakit at mental na mga kalagayan ay nag-iiwan ng mga ulat sa mga naka-air na maunawaan sa lubos na nakabatay sa mga sistemang olpaktoryo ngunit kung hindi man ay hindi mabasa sa agham. Ang amoy, lalabas, ay paminsan-minsan ang pinakamahusay na paraan ng pag-detect at pagbibigay-diin sa pagitan ng ibang nakatagong mga bagay sa mundo. At madalas, ang susunodAng paraan ng pag-detect ng parehong bagay ay mahal (gas chromatography / mass spectrometry) o masakit na masakit (biopsy tissue) o imposible (isip pagbabasa).

Sa kasamaang palad, ang iba pang mga dahilan na wala kaming mga robot na maaaring amoy ay ang olfaction ay nananatiling isang matigas ang ulo biological palaisipan. Ang mga siyentipiko ay paulit-ulit na nagsasagawa ng mga pangunahing kaalaman sa kung paano namin nakikita ang lahat ng mga madaling matuyo compounds at kung paano ang aming talino uri-uriin ang impormasyon na iyon. "Mayroong higit pang mga hindi kilala kaysa sa mga kilala," sabi ni Hiroaki Matsunami, isang mananaliksik sa Duke University.

Naniniwala ang Mershin na hindi talaga natin nauunawaan kung paano namumula ang mammal upang bumuo ng isang artipisyal na ilong. Tinitiyak niya na gagawin ang mga bagay sa iba pang paraan: Upang maunawaan ang ilong, kailangan nating bumuo ng una. Sa kanyang mga pagsisikap sa isang matalinong tagapagturo na pinangalanang Shuguang Zhang, nagtayo si Mershin ng isang aparato na maaaring magsimulang magbigay ng mga aso-ang kanyang mga nanlalaban na mga kaaway-isang tumakbo para sa kanilang pera.

Noong Mayo 1914, Nagbigay si Alexander Graham Bell ng address sa umpisa sa ilang mga estudyante sa high school sa Washington, DC. Ang 67-taong-gulang na imbentor ng telepono ay nagbigay ng isang kakaibang pananalita-isang pang-crotchety ode sa pagmamasid, pagsukat, at pag-usisa ng gumshoe. Ginugol niya ang marami sa kanyang panahon na nagpaplano ng mga lugar ng pagsisiyasat para sa kanyang tinedyer na madla na tumagal. "Sinubukan mo bang sukatin ang amoy?" Tanong niya. "Ano ang amoy? Ito ba ay isang emanation ng materyal na particle sa hangin, o ito ay isang paraan ng panginginig ng boses tulad ng tunog? "Siya nagtanong. "Kung ito ay isang emanation, maaari mong timbangin ito; at kung ito ay isang panginginig ng boses, dapat mong maipakita ito mula sa salamin, "nagpatuloy siya. "Kung ikaw ay ambisyoso upang makahanap ng isang bagong agham, sukatin ang amoy."

Mahigit sa isang daang taon na ang lumipas, walang sinuman ang nakapagpapatibay ng amoy, at mayroon pa ring ilang debate kung ang amoy ay isang panginginig o isang pakikipag-ugnayan ng kemikal sa pagitan ng mga particle. (Ang teorya ng panginginig ng boses ay mas kontrobersyal, ngunit walang nakakaalam ng olfaction na sapat na sapat upang bale-walain ito nang buo.) Sa katunayan, hindi hanggang 1991 na ang mga siyentipiko ay nakapag-mapa ng mga batayang genetic at physiological na mga bloke ng mammalian olfaction. Noong taóng iyon, inilathala ng mga biologong sina Linda Buck at Richard Axel ang isang papel na pinangungunahan; natuklasan nila ang tungkol sa 1,000 genes na nag-code para sa humigit-kumulang 1,000 mga receptor ng olpaktoryo sa mga daga, at ipinakita nila na ang mga receptor na ito ang simula ng pakiramdam ng amoy ng mammal. Nabubuhay sila sa epithelium ng olpaktoryo, isang manipis na piraso ng tisyu na nakaupo sa tuktok ng ilong ng ilong, kung saan naroroon ang bungo. Kapag malalim ang paghinga namin, sinipsip namin ang mga pabagu-bago ng mga molecule sa kuwarto ang aming mga noses patungo sa mga receptor na iyon. Kapag ang mga receptor ay nakikipag-ugnayan sa mga molecule, nag-set off ang isang kadena reaksyon na nagtatapos sa pamamagitan ng pagpapadala ng mensahe sa aming talino.

Tulad ng eksaktong kalikasan ng mga pakikipag-ugnayan na iyon, maaaring i-theorize lamang ni Buck at Axel. Nagbigay sila ng isang uri ng lock-and-key na relasyon sa pagitan ng mga receptor ng olpaktoryo sa aming mga noses at ang mga molecule sa hangin. Ngunit ang bilang ng mga receptor na natuklasan nila ay agad na nagbigay ng problema sa matematika. Ang mga tao ay mayroong humigit-kumulang na 400 na uri ng mga receptor ng olpaktorya (mas kaunti kaysa sa mga daga), ngunit maaari naming maamoy ang tungkol sa 10,000 natatanging mga amoy. Kaya ang Buck at Axel theorized na amoy ay kombinatoryal. Ang bawat receptor, ang kanilang pananaliksik ay nagpakita, ay katangi-tangi upang magresulta sa ilang iba't ibang mga molecule, at ang aming mga noses pakiramdam natatanging odors kapag maraming mga receptors sunog sa parehong oras. Si John Kauer, na noon ay isang mananaliksik sa Tufts University, nauugnay ang ideya sa paglalaro ng mga chords sa isang piano. "Ang piano ay may 88 na tala," sabi niya. "Kung magamit mo lamang ang isang tala sa bawat amoy, maaari mo lamang makita ang 88 iba't ibang amoy." Kung ang mga odor ay mas katulad ng mga chords, biglang lumabas ang matematika.

Sa inspirasyon ni Buck at Axel, na nanalo sa Nobel Prize noong 2004 para sa kanilang trabaho, ang Mershin at iba pang mga siyentipiko ay naglagay ng mga amoy bilang mga listahan lamang ng mga molecule. Kung nais mong maunawaan ang amoy ng isang sibuyas ng bawang, ang pag-iisip ay nagpunta, ang sagot ay nasa mga sangkap ng kemikal nito. "Sa isang lugar sa mga molecule na ito," naniniwala si Mershin sa kalagitnaan ng 2000, "ang amoy ng bawang ay isinulat."

Pagkatapos na mailabas ni Buck at Axel ang kanilang mga pangunahing natuklasan, hindi na ito naganap bago pa ang unang mga pangunahing pagsisikap na bumuo ng isang artipisyal na ilong ay nakuha na. Nais ni Darpa na palitan ang mga aso bilang kasangkapan para sa paghahanap ng mga mina sa lupa, kaya simula noong 1997, ibinuhos nito ang $ 25 milyon sa isang programa na tinatawag na Nose ng Aso. Pinopondohan ng ahensya ang mga siyentipiko sa buong bansa na magtayo ng isang grupo ng mga magiging sniffing machine at pagkatapos ay dinala sila sa isang field sa Missouri para sa pagsubok. Ang lupa ay nahasik sa bawat paraan ng minahan ng lupa, mula sa mga maliliit na antipersonnel device na ang laki ng tuna ng isda tins sa mabigat antitank munitions. Bagaman hindi na maitatanggal ang mga mina sa mga mina-ang mga piyus ay inalis na-maaaring maitakda pa rin ng buried explosive ordnance, sabihin nating, isang welga ng kidlat. "Sa sandali na may anumang mga pahiwatig ng isang bagyo," sabi ni Kauer, na lumahok sa programa, "namin evacuated."

Si Kauer ay nagtayo ng isang grey, shoebox-sized device na sa kalaunan ay bininyagan niya ang ScenTrak. Ang kanyang gadget ay hindi nilagyan ng aktwal na mga receptor ng olpaktoryo. Sa halip, ito ay puno ng mahabang mga hibla ng mga molecule na tinatawag na polymers na alam ni Kauer na tutugon sa DNT, isang molecule na karaniwan sa karamihan sa mga minahan ng lupa. Nang ang ScenTrak ay dumating sa isang paputok, ang DNT ay nakagapos sa mga polimer, na nagiging sanhi ng ScenTrak na mag-alerto. "Land mine!" Ang kahon ay sumigaw.

Hindi bababa sa, ganiyan ang ginawa nito sa perpektong kondisyon. Nakuha ng ScenTrak ang malapit na mga bakas ng DNT sa hangin ng isang di-masamang lab na walang amoy. Gayunpaman, sa labas ng field, nang i-scan ni Kauer ang ScenTrak pabalik-balik sa isang patch ng lupa, ito ay nalito. Ang mga polymers ay tutugon sa DNT, ngunit din sa panahon, sa mga halaman, o sa ilang mga uri ng lupa.

Ang iba pang mga kagamitan sa kumpetisyon, kabilang ang isang tinatawag na Fido at isa pang tinatawag na Cyranose, ay batay sa halos parehong teorya. Lahat sila ay gumagamit ng polymers na sensitibo sa mga tiyak na compound. At lahat sila ay medyo maayos na gumagana. (Ginagamit ngayon si Fido sa mga tsekpoint ng militar upang i-scan ang mga eksplosibo sa malapit na hanay.) Ngunit ang mga aparatong ito ay hindi talaga amoy, anuman pa, sinasabi, ang isang carbon monoxide sensor ay maaaring amoy. Kadalasan sila ay naglaho sa mga kapaligiran na mayaman sa pabango kung saan ang mga amoy-na tila ginawa ng ilan sa mga katulad na compound-ay maaaring magwasak mula sa iba't ibang mga pinagmumulan ng nonexplosive.

Sa bahagi, iyon ay dahil ang teorya ng mga aparatong ito na binuo sa ay masyadong reductive. Sa ngayon, naniniwala ang karamihan sa mga siyentipiko na ang teorya ng lock-and-key ng olpaktorya na bonding ay masyadong simple. Sa ilang mga kaso, ito ay lumiliko, ang mga molecule na may mga katulad na hugis ay may ganap na iba't ibang mga amoy; sa iba, ang magkakaibang hugis ng mga compound amoy. Ang hugis ng isang molekula, sa ibang salita, ay hindi magkasingkahulugan ng amoy nito. Sa halip, maraming receptors ang nagbubuklod sa maraming iba't ibang mga molecule at vice versa. Ngunit ang bawat receptor ay may tinatawag na ilang mga siyentipiko na tinatawag na isang natatanging "affinity" para sa bawat molekula. Ito ay isang espesyal na relasyon, ang teorya ngayon napupunta, kasama ang kombinatoryal kalikasan ng olpaktoryo reaksyon, na account para sa mga natatanging mga scents. Ang piano ay hindi lamang may 88 na key na maaaring bumuo ng chords; Mayroon din itong pedals and dynamics. "Na-hit mo ang mga key ng piano sa magkakaibang lakas, mabigat at liwanag at iba pa," sabi ni Zhang. "Malakas, nakakuha ka ng isang tunog; liwanag, kumuha ka ng isa pang tunog. "O upang ilagay ito sa isa pang paraan: Ang teorya ng amoy ay nakakakuha ng mas kumplikado.

Mga aso ay hindi perpekto sniffers kanilang sarili. Nawalan sila ng pagod at pagod. Pinapakain nila ang damdamin ng kanilang mga may-ari. At siyempre, ang mga aso ay hindi binabalak.

Bobby Doherty

Mershin at Zhang ay isang kakaiba pa magkasundo pares. Mershin bihira tumatagal ng parehong landas ng dalawang beses. Kapag nawala na tayo sa paglalakad mula sa cafeteria ng MIT sa kanyang opisina, ipinahahayag niya na madalas siyang nawala- "sa aking mga saloobin din, sa pang-intelektwal pati na sa heograpiya," sabi niya. Sa pamamagitan ng kanyang sariling account, siya ay dyslexic, synesthetic, kulay-rosas / kulay-abo na kulay bulag, mukha bulag, at may pansin kakulangan disorder. Minsan ay malilimutan niya ang kanyang sariling address. Siya rin ay walang katiyakan, pinipilit na mausisa. Minsan siya ay naglunsad ng isang laro para sa kanyang mga anak na kasangkot sa pagkakaroon ng mga ito magbabad ng isang koton na bola sa pabango, panitikan ang kanilang sarili, at pagkatapos ay subukan upang mahanap ang koton bola pagkatapos na ito ay nakatago. Bilang karagdagan sa mga noses, siya ay nagtatayo ng mga bahay sa Namibia mula sa mga kabute ng mushroom at nagtatrabaho sa postdoctoral na kapwa sa mga paraan upang alisin ang mabibigat na riles mula sa tubig. "Para sa aking buhay, hindi angkop na gawin ang isang bagay," sabi niya. "Ngunit gusto kong magtrabaho sa mga taong napaka nakatuon at gawin ang isang bagay na talagang mahusay."

Si Zhang ay ang taong iyon. Kung saan Mershin ay hindi mapakali, Zhang, na nagpapatakbo ng kanyang sariling pananaliksik na grupo na tinatawag na Laboratory ng Molecular Architecture, ay sinadya at mabagal. Naniniwala siya na kailangan mong malalim sa isang proyekto, isang tanong. "Para sa agham na maging matagumpay kailangan mong magtuon," sabi niya. "Hindi ka maaaring makagambala sa iba pang mga bagay." Noong 2003, hinanap ni Zhang ang isang bagong proyekto, at siya ay pumasok sa mga receptor ng olpaktoryo. Kahit na pagkatapos ng pangunguna ni Buck at Axel, walang sinuman ang nakuha ng isang aktwal na pagtingin sa isa-alinman sa ilalim ng isang mikroskopyo o sa pamamagitan ng paggamit ng crystallography ng x-ray. Iyon ay bahagi ng dahilan olfaction ay tulad ng isang talinghaga. Sa pinakasimulang antas, hindi natin mai-obserbahan nang direkta kung ano ang ginagawa ng mga maliliit na receptors. Sa katunayan sila ba ay umiiral na may mga molecule? Paano? Nakakaapekto ba ang iba pang mga kadahilanan tulad ng halumigmig o iba pang compound kung paano tumugon ang mga receptor? Walang na kakaalam. Gusto ni Zhang na baguhin iyon-sa pamamagitan ng pagtukoy ng ilang paraan upang makakita ng isang receptor ng olpaktoryo. "Nagpasya kaming magtrabaho sa isang bagay na mahiwaga at tumagal ng ilang taon upang malaman ito," sabi niya.

Narito kung ano ang alam ni Zhang, na pumapasok sa kanyang pakikipagsapalaran: Ang mga receptor ng olpaktoryo ay mga protina ng lamad, at ang mga ito ay kumplikado, mga maliliit na istruktura ng alien. Ang bawat receptor ay hugis tulad ng isang mahabang string na hangin pabalik-balik sa pamamagitan ng manipis na lamad na naghihiwalay ng isang cell mula sa labas ng mundo. Kung ang komplikadong paikot-ikot na pattern ay kailanman nagambala o nagbago, ang receptor ay hindi gagana. At kung ang receptor ay tilted o baligtad? Hindi ito gagana.

Humigit-kumulang sa kalahati ng anumang receptor ng olpaktoryo ang nasa labas ng cell, handa na makipag-ugnay sa mga molecule. Pagkatapos ay ang isang sekundong seksyon ay nasa loob ng lamad ng cell, at ang iba ay namamalagi sa loob ng cell. Kapag ang panlabas na bahagi ng receptor ay nagbubuklod sa isang molekula, nagbabago ang hugis, at ang selula ay nagpapadala ng mensahe sa iyong utak. Habang ang mga ulo at tails ng isang receptor olpaktoryo-ang mga bahagi na umupo sa loob at labas ng tubig-ibig na tubig, ang gitnang seksyon ay hydrophobic, tulad ng cell lamad na encases ito. Nangangahulugan iyon na kapag kinuha mo ang mga receptor sa labas ng isang cell at inilalagay ito sa tubig, malamang na magkakasama sila sa halip na dissolving, na halos imposible silang ihiwalay at magtrabaho.

Si Zhang ay naglalayag sa kanyang layunin mula pa noong 2003. Sa isang punto, gumugol siya ng walong taon na nagsisikap lamang na lumikha ng mga receptor na nalulusaw sa tubig. ("At nalutas na," sabi niya. "Tapos na.") Ngunit kahit pa, hindi pa siya nagtagumpay sa pagkakita ng isang receptor. Hindi rin may iba pa. Masyadong maliit ang mga ito. Inilalarawan ni Zhang na ang pangunahing pakikipag-ugnayan sa pagitan ng molecule ng amoy at ang receptor bilang "kabuuang itim na kahon."

HIGIT PANG IMPORMASYON

Ang WIRED Guide to Robots

Gayunman, ang gawain ni Zhang ay naging kapaki-pakinabang kapag noong 2007, inilunsad ni Darpa ang pangalawang proyekto ng amoy, na tinatawag na RealNose. Dahil sa mga digmaan sa Iraq at Afghanistan, nagkaroon ng bagong misyon si RealNose at isang bagong pakiramdam ng pangangailangan ng madaliang pagkilos. Sa halip na maghanap ng mga mina sa lupa, kailangan ng makina na mga makina na makilala ang mga IED, na nagtatapon ng basura sa mga tropang Amerikano. At sa oras na ito, hindi maaaring gamitin ng mga siyentipiko ang polymers o iba pang mga sintetikong aparato upang gayahin kung ano ang ginawa ng mga receptor. Kinailangan nilang gamitin ang mga receptors ng oliba ng mammal bilang kanilang mga sensor.

Nagkaroon ng malaking kalamangan si Zhang sa iba pang mga siyentipiko na nakikipagkumpitensya para sa mga gawang Darpa na iyon. Salamat sa kanyang trabaho, siya ay isa sa mga tanging mga laboratoryo sa mundo na may karanasan na lumalaki na mga receptor ng olpaktoryo sa mga embryonic cell at pagkatapos ay nagtatrabaho sa kanila sa lab. Ngunit ang Mershin ay hindi nasasabik tungkol sa mga pangangailangan ni Darpa. "Para sa marami, marami, maraming buwan ang nagrebelde," sabi niya. Hindi niya nais na mag-abala sa mga maliliit na receptors ng olpaktoryo, at sinubukan niyang kumbinsihin si Darpa na ang pangangailangan nito ay isang masamang ideya. Bakit kailangan nila gamitin ang aktwal, biological na istraktura kapag mas madaling gumamit ng isang gawa ng tao? Isang bagay na hindi hihinto sa pagtratrabaho dahil lamang sa ito ay tagilid o baligtad? "Sure, gusto naming lumipad tulad ng mga ibon, ngunit hindi namin bumuo ng mga engine ng jet sa labas ng mga balahibo," naisip niya. "Gusto namin ng isang bagay na mas mahusay kaysa sa mga ibon!" Gusto lang ni Mershin ng isang sensor na maaaring sabihin sa iyo kung ano ang mga molecule ay naroroon sa isang silid. Ngunit ayaw niyang makaligtaan ang pagpopondo, kaya umamin siya.

Mershin at Zhang ay nagpasya na sila ay lumalaki ng isang grupo ng mga olpaktoryo receptors sa kanilang lab at pagkatapos ay mahalagang smear ang mga ito sa isang circuit board. Naisip nila, ayon sa istatistika, na kung sila ay nagtipun-tipon sa sapat na mga receptor, nais nilang mapabilis ang kanilang sapat na direksyon sa tamang direksyon. Pagkatapos ay ikonekta nila ang circuit boards sa isang kasalukuyang electrical. Kapag ang mga receptor ay nakikipag-ugnayan sa mga pabagu-bago ng isip compounds, sila ay baguhin ang kanilang mga hugis, tulad ng ginagawa nila sa isang regular na ilong. Ngunit sa halip na magpadala ng isang mensahe sa isang utak, ang pakikipag-ugnayan ay maitatala bilang isang simpleng blip sa kasalukuyang koryente.

Sa isang malinaw na araw sa unang bahagi ng tagsibol, pinangunahan ako ni Mershin sa kanyang lab at rifles sa pamamagitan ng ilang mga karton na kahon at kagamitan hanggang sa hindi niya inilagay ang isang lalagyan ng lumang artipisyal na prototype ng ilong. Sa isang banda, hinila niya ang isang plastik na bote na may dalawang metal na nozzle nang walang pahalang na gaganapin sa lugar na may epoxy. Mula sa kanyang iba pang mga kamay, ang isang manipis na plastic chip ay nakikipaglaban sa ilang mga de-koryenteng kawad. "Ito ang unang ilong," sabi niya.

Ito ay isang kabiguan. Ang mga receptors ay tila gumagana, ngunit ang bote ay masyadong malaki; Ang mga smells ay matagal nang mahaba para sa mga siyentipiko upang makakuha ng isang malinaw na pagbabasa. Kaya sinundan nila ito ng mas maraming mga prototype, nag-eeksperimento sa iba't ibang mga paraan upang maihatid ang tamang pare-pareho na sabog ng hangin sa maliit na tilad, at sa iba't ibang bilang ng mga chips.

Mula sa kanyang tipaklong ng mga prototype, sa huli ay hinila ni Mershin ang aparato, na tinatawag na Nano-Nose, na siya at si Zhang ay isinumite sa Darpa. Ang buong pagkakalanse ay tungkol sa laki ng isang sobrang malaking pan ng litson at ito ay emblazoned sa mga salitang "Ari-arian ng Pederal na Pamahalaan ng US." "Sapagkat ito ay para sa Darpa," sabi ni Mershin, "kailangan nating gawin itong walang bulletproof."

Matapos ang lahat ng kanilang mga prototype, sa kalaunan ay umuwi sila sa isang disenyo na gumagamit ng isang hanay ng walong circuit boards, bawat isa ay tungkol sa laki ng isang credit card. Sa loob ng di-sinulid na metal na pabahay, ang bawat lupon ay nakaupo sa isang hiwalay na baybayin ng hangin, na may kakayahang makatanggap ng sarili nitong amoy at tumutugon sa kanyang sariling de-koryenteng pattern. Ang mga smells ay maaaring ipadala sa kahon, at nakadirekta sa bawat board, sa pamamagitan ng isang air pump na mimics pagkuha ng isang malalim na sniff.

Itinayo ni Zhang at Mershin ang aparato sa isang 15-buwan na sprint, at hindi pa ito natapos nang dumating ang deadline ni Darpa. Nang dumating ang panahon upang maipakita ang kanilang trabaho, nag-load si Mershin ng malaking van na may mga nilalaman ng halos isang lab-hoses, tubes, tubo, syringes, isang 300-kilo na optical table, at isang dalas ng generator na nagkakahalaga ng $ 70,000-at pinalayas ito mula Boston sa Baltimore. Dinala niya ang kanilang sariling sistema ng paghahatid ng amoy: isang binagong inkjet printer na tinatawag na StinkJet.

Mershin ay orihinal na envisioned paglalagay ng isang supercomputer sa ilalim ng Nano-Ilong na humukay sa pamamagitan ng mga database ng listahan ng libu-libong mga compounds at i-print ang mga rehistradong ilong. Ngunit hindi nila kailanman nakuha ang paligid sa bahaging iyon. Sa halip, sila ay pumasok sa kung ano ang naisip ni Mershin bilang isang pataga.

Sa panahon ng tanghalian, ang koponan ay lalabas sa ilong pabalik sa kanilang silid ng hotel, nagpapaikut-ikot na mga piraso papunta dito upang mapanatili ang pagpapabuti nito habang nag-order ng serbisyo sa kuwarto.

Ibinigay sa kanila ni Darpa ang isang listahan ng mga amoy na hinihiling ng kanilang makina na kilalanin. Kaya una, ipinadala ni Mershin at Zhang ang mga amoy na iyon sa pamamagitan ng Nano-Nose at naitala ang mga tugon nito; ang ideya ay upang sanayin ang ilong, sa tulong ng isang laptop at isang pattern na tumutugma algorithm, sa kung ano ito ay dapat na pang-amoy para sa. Pagkatapos, sa aktwal na pagsubok, tatamasahin nila ang bawat misteryo na pang-amoy ng walong beses-isang beses sa bawat isa sa walong baybay-at patakbuhin ito sa pamamagitan ng isang gauntlet ng iba't ibang kuryenteng mga kondisyon. Ito ay umabot sa isang proseso ng pag-aalis, na sinadya upang matulungan ang algorithm na tumutugma sa pattern na mag-filter ng maling mga positibo. Hindi ito kasing komplikado bilang supercomputer ng pagmimina ng datos, ngunit naisip nila na maaaring gumana ito.

Ang mga pagsusulit ng Darpa ay lubos na kinokontrol. Mershin at ang kanyang koponan ay hindi pinahihintulutang maging sa kuwarto sa kanilang mga makina habang ang pagsubok ay tumatakbo, at Mershin ay hindi pinapayagan na pumunta sa banyo nang walang seguridad escort. Sa panahon ng tanghalian, ang koponan ay lalabas sa ilong pabalik sa kanilang silid ng hotel, nagpapaikut-ikot na mga piraso papunta dito upang mapanatili ang pagpapabuti nito habang nag-order ng serbisyo sa kuwarto.

Sa huli, nababaliw ang mad dash. Ang Nano-Nose ay pumasa sa pagsinghot at nakilala ang ilang mga odors sa lab. Ito kahit na matalo aso sa isang kinokontrol na kapaligiran, sniffing out odors sa mas mababang concentrations kaysa sa canines maaaring makita. At hindi na kailangan ang isang supercomputer. Sa katunayan, sabi ni Mershin, mas mahusay ang Nano-Nose nang wala ito. Sa kanya, ang proyektong ito ay nagsiwalat ng isang mahalagang mahalagang aspeto ng olfaction: Ang aming mga ilong ay hindi mga analytical tool. Hindi nila sinusuri ang mga bahagi ng isang pabango. "Ang Molekyul ay kung ano ang nagdadala ng mensahe," sabi ni Mershin, ngunit hindi mo maintindihan kung ano ang magiging pang-unawa namin sa pag-alam sa molekula. "Naisip namin na kapag sumingaw ka ng isang bagay, isang listahan ng mga molecule at concentrations ay lumalabas," sabi niya. "Hindi ang kaso."

Tulad nito, ang tala ng Mershin ay talagang nag-iilaw kung paano ang mga proseso ng mammal ay namumula. Sa halip na magbigay ng pantay na pag-aalala sa computational sa lahat ng mga compound namin lumanghap, ang aming talino hierarchically uri-uriin ang impormasyon batay sa kung ano ang mahalaga sa amin. Maaari naming tune out smells sa isang kuwarto kung hindi namin interesado. Ang aming receptors ay pa rin sensing compounds, ngunit ang aming talino ay hindi nagbabayad ng pansin. Sa kabaligtaran, kung pinaliit natin ang ating pansin sa mga senyas na nagpapadala ng mga receptor, maaari nating kunin ang banayad na pabango ng shallots o haras sa isang pasta sauce na puno ng nakikipagkumpitensya na mga pabango ng kamatis, peppers, at bawang.

Nalaman ni Mershin na upang maunawaan ang amoy at gamitin ito bilang isang kasangkapan, hindi niya kailangan ang isang listahan ng mga molecule. Kinailangan niyang malaman kung ano ang isang bagay na tulad ng smelled, hindi kung ano ito ay ginawa ng, at ang mga ay sa iba't ibang mga bagay. "Ito ang pinakamalaking aral ko sa buong karera ko sa siyensiya," sabi niya. "Naisip namin na naintindihan namin kung paano gumagana ang mga ilong. Wala kaming alam tungkol sa kung paano gumagana ang mga ilong. "

Sa isang mainit-init Linggo noong Setyembre, pumunta ako sa paghahanap ng mga buto sa isang Aleman na pastol na pinangalanang Kato, na sinanay upang makahanap ng mga labi ng tao. Si Kato at ang kanyang may-ari, si Peggy Thompson, ay nagboluntaryo sa mga ahensiyang nagpapatupad ng batas. Tumutulong sila sa paghanap ng mga nawawalang mga tagatayo, mga sunurin sa sunog, at mga biktima ng mga krimen.

Sinara namin si Kato sa bahay at itinayo ang isang tanawin ng krimen sa nakamamanghang isang yarda na bakuran ng Thompson, na nahuhulog sa isang burol na tinatanaw ang San Jose. Mula sa kanyang garahe ay hinila niya ang isang bag ng mga buto, isang banga ng ngipin, at ilang duguan na gasa. "Sa bawat oras na may isang pamamaraan ako magtanong kung maaari kong panatilihin ang mga dressing," sabi niya nang walang isang pahiwatig ng katatawanan. "Legal sa California na magkaroon ng mga labi ng tao." Tinutulak niya ang isang kumpol ng desiccated na balat ng tao sa ilalim ng aking ilong. Ito ay nagmumula sa apuyan at pantao sa isang hindi maipaliliwanag ngunit nakakagulat na paraan. Nakalat tayo ng ilang mga buto at ngipin sa kabila ng kanyang driveway, sa ilalim ng ilang mga bushes, at sa lawn. Inalis niya ang balat sa isang buhol ng isang maliit na puno.

Nang hayaan naming sabihin sa kanya ni Kato at sa Thompson na "maghanap," ang dating friendly pup ay biglang lahat ng negosyo. Inilagay niya ang kanyang lakad pabalik-balik, paglilipat ng sadya, ilong sa lupa. Natagpuan niya ang balat sa loob ng limang minuto. Ang natitirang bahagi ng mga buto at ngipin ay tumagal ng isa pang 10 sa pinakamaraming.

SUBSCRIBE

Mag-subscribe sa WIRED at manatiling matalino na may higit pa sa iyong mga paboritong manunulat.

Bilang kahanga-hangang bilang Nano-Nose ay, ito ay kukuha ng higit sa isang boxful ng blipping circuit board upang magtiklop ang lahat ng ginagawa ni Kato kapag sinusubaybayan niya ang isang pabango. Ang Paul Wagoner, isang siyentipiko na nag-aaral ng talampakan olfaction sa Auburn University, ay tinatantya na tayo ay "mga dekada ang layo" mula sa paglikha ng mga makina na maaaring matagumpay na makipagkumpitensya sa mga natural na olpaktoryo na kakayahan. Si Wagoner, na may sariling patentadong programa ng pagsasanay para sa mga dog ng pagtuklas, ay nagpapahayag na ang mga machine ay masira nang maaga sa pang-amoy na proseso. "Ang lahat ay nagsisimula sa sampling," sabi niya. Mahalaga, ang mga makina ay hindi napaino nang mabuti. Ang mga aso ay lumanghap at huminga nang palabas nang halos limang beses bawat segundo, sa pamamagitan ng mga butas ng ilong na ruta ang paggamit at panlabas na daloy ng paghinga sa iba't ibang mga channel. Ang lahat ng snorting ay lumilikha ng isang presyon ng presyon-isang uri ng amoy na puyo-puyo-na tumutulong sa kanila na hilahin ang isang mayaman, bagong sample sa kanilang ilong sa bawat umimik. At habang ang Nano-Nose ay maaaring mapaliit ang focus nito sa isang target na pabango, ang kakayahan ng isang aso na gawin ito sa malalaking distansya ay napakaganda.

Ano ang nangyayari sa utak ni Kato nang sa wakas siya ay nakakuha ng pabango? Well, walang nakakaalam. Ang mas mataas na kadena na pinupuntahan namin, mula sa mga receptor ng olpaktoryo sa kung paano pinoproseso at nauunawaan ng utak ang impormasyong iyon, "ang mas matingkad at mas madidilim na nakukuha," sabi ni Wagoner.

Gayunpaman, ang mga aso ay hindi perpektong sniffers kanilang sarili. Sa isang ikalawang pagbisita sa Thompson, pinapanood ko ang isa pang aso, isang 3-taong-gulang na Malinois na nagngangalang Annie, ay ganap na mawalan ng pagtuon sa pagsubaybay ng isang buto kapag nakatagpo siya ng maraming mga baboy sa isang malapit na larangan. "Kapag ang mga aso ay hindi ginagamit sa mga bagay-bagay, napakahirap," paliwanag ni Thompson. Ang mga aso ay nakakakuha ng bigo at pagod. Pinapakain nila ang damdamin ng kanilang mga may-ari. At siyempre, ang mga aso ay hindi binabalak. Ang sobrang sinanay na bomba at ang mga dog-sniffing na mga aso ay hindi sapat at mahal, hanggang $ 25,000 bawat pooch. Sa ngayon, ang sektor ng seguridad ng US ay walang sapat na aso upang umikot sa lahat ng iba't ibang ahensya-mula sa TSA at tagapagpatupad ng batas lokal sa militar-na kailangan nila. Ang mga medikal na pagtuklas ng mga aso ay mas malulusog: Hindi lamang napakakaunti sa mga ito, hindi nila madali ang pagkakabit sa isang medikal na setting. Sa kabila ng lahat ng hindi kapani-paniwala na natuklasan sa nakaraang ilang taon-ang 90 hanggang 100 porsiyento na mga rate ng katumpakan sa pagtuklas ng mga maagang kanser-medikal na mga aso sa pagtuklas ay hindi pa malawak na pinagtibay bilang mga diagnostic helpers.

Bumalik sa lab sa MIT, hinila ni Mershin ang isang asul na kahon sa isang istante. Ito ay puno ng isang paghalu-haluin ng berde, asul, at itim na mga wire. Mukhang isa sa mga kahon na pinananatili namin sa isang silid sa tabi-tabi, puno ng mga lubid at mga kable na nabibilang sa mga gadget na nawala o na-upgrade namin. Ngunit naka-plug sa ilang mga wires, nakikita ko ang isang puting, plastik na bagay na kard na may kredito. Ito ang kanilang bagong Nano-Nose, na binago at kapansin-pansing ibinaba mula sa metal-clad, na sinubok na Darpa. (Ang mga wire at mga tanikala ay lahat ng peripheral, para sa pumping odors at electrical current sa ilong.)

Sa nakalipas na ilang taon, si Zhang ay patuloy na mag-ukit sa mga receptors ng olpaktoryo na ginagamit niya at ng Mershin sa kanilang Nano-Nose. Higit sa lahat, siya ay tumigil sa paglaki ng mga ito sa mga selulang embrayono, na nagtatag ng isang paraan upang linangin ang mga ito sa isang biologically inert form. Ang lahat ng ito ay nangyayari sa isang test tube ngayon. Ang mga receptor ay pa rin nakakalito upang mahawakan-Sinasabi ni Mershin na ang mga ito ay ang pinakamahirap na aspeto ng aparato-ngunit ang mga ito ay mas matatag at malleable kaysa sa kanilang mga organic na katapat. Mershin at Zhang ay din progressively shrunk ang Nano-Nose circuit board. Ito ay nangangahulugan na ang buong patakaran ay maaaring naka-attach sa isang port sa isang bioreactor upang sniff kung ano ang nangyayari sa loob. Maaari itong pumasok sa isang pabrika at amoy ng mga produkto para sa kalidad ng kontrol o ilagay sa loob ng isang grain silo upang amoy para sa pagkain pagkasira. Ngunit sinabi ni Mershin at Zhang na wala silang interes sa paglipat ng kanilang pananaliksik sa isang negosyo sa ngayon.

Sa ngayon, ang tanging kumpanya na may sapat na katiyakan upang mag-disenyo ng isang komersyal na teknolohiya na gumagamit ng olfactory receptors-na may isang disenyo na katulad ng Nano-Nose-ay isang maliit na Silicon Valley startup na tinatawag na Aromyx. Sa ilang mga paraan, ito ay mas ambisyoso kaysa sa Mershin at Zhang. Gumagamit lamang ang Nano-Nose ng mga 20 uri ng receptors at pinapasadya ang bawat ilong depende sa layunin nito. Ngunit nais ng Aromyx na mag-empake ng lahat ng 400 na mga receptor ng olpaktoryo sa kanyang EssenceChip, isang 3- 5-inch plastic plate na may mga maliit na balon upang hawakan ang mga receptor. Kapag ang EssenceChip ay nakalantad sa isang amoy, ang mga receptors ay apoy at ang mga tala ay nagtatala na ang pattern ng pagsasaaktibo. Ano ang amoy ng Coca-Cola? O Chanel No. 5? Ang sagot, muli, ay hindi isang listahan ng mga molecule. "Ito ay isang pattern ng mga tugon ng receptor," sabi ng tagapagtatag ng Aromyx na si Chris Hanson. Sa ngayon, ang Aromyx ay nagpapatatag lamang ng ilan sa mga 400 na receptor. Habang nagdagdag sila ng mga receptor, ang pag-iisip ay napupunta, ang kanilang mga digital na pag-render ng olpaktoryo ay magiging mas pino at mas detalyado.

"Ito ay isang window sa karanasan ng pandama ng tao," sabi ni Hanson. Kung gayon, ito ay isang babasagin. Ang Aromyx ay lumalaki pa rin sa mga receptor nito sa mga lebel ng lebadura, at ang kumpanya ay nakipaglaban upang magkasama ang isang pangunahing produkto para sa isang demo. Nang magbago ang Aromyx ng mga opisina at gumalaw ng pitong milya mula sa Palo Alto patungong Mountain View, ang ilan sa mga linya ng cell nito ay nawasak sa pagbabalasa.

Tulad ng para kay Mershin, napahiya siya sa pamamagitan ng kung gaano kalas ang hitsura ng Nano-Nose, ngunit ang kanyang mga kulot ay nagsisimula nang malaki habang pinag-uusapan natin ang mga potensyal na aplikasyon nito. Sa ngayon, ang Nano-Nose ay isang detektor lamang. Hindi nito mabibigyang kahulugan ang data na kinokolekta nito. Ngunit nais ni Mershin at Zhang na maging smart-tulad ng isang aso. At diyan kung saan ang mga tormentor ng Mershin, ang prosteyt-kanser-sniffing na mga aso mula sa video, ay pumasok. Ito ay lumalabas na ang Mershin ay hindi lamang nakikipagkumpitensya sa mga canine, nakikipagtulungan din siya sa kanila.

Sa kanyang opisina, binigyan ako ng Mershin ng lugar ng karangalan: isang upuan ng black velor kung saan si Florin, isa pang aso sa pagtukoy ng prosteyt-kanser, ay nakaupo noong bumisita siya. Si Florin at Lucy ay nabibilang sa isang grupo sa UK na tinatawag na Medical Detection Dogs, na nagsanay ng maraming mga hayop na nakapag-sniff out kanser.

Right now, Mershin and Zhang are training an AI system on a bunch of data, some of it collected by Medical Detection Dogs on how their animals responded to specific urine samples—whether they alerted to cancer, how long they lingered, and the like—and some of it collected by Mershin and Zhang when they ran the same urine samples through a gas chromatographer/mass spectrometer. Mershin says these streams of data will help them select which receptors they need to put into the Nano-Nose. But the main event will come when he runs those same urine samples through the Nano-Nose and begins collecting data on its responses. Then he’ll mine all three data sets for correlations. Mershin already has all the urine frozen in his lab, ready to go.

The idea is to ultimately run a kind of Turing test, but for smell—to imitate the dogs’ results until no one can differentiate between the Nano-Nose’s reactions and a canine’s. If all goes well, the Nano-Nose will become more than just a sensing device; it will be a true diagnostic tool. The richer the database, the better the nose will be.

Ultimately, Mershin wants to see the Nano-Nose incorporated into your cell phone. He imagines using this intimate version of his device—one that rests at all hours against its owners’ body—to collect longitudinal data about its wearer’s health. Eventually, the nose would be able to alert you to get that mole on your thigh checked out, or warn you that your blood sugar is dropping dangerously low, or perhaps that you’ve started emitting the woody, musky odor of Parkinson’s disease. The Nano-Nose could accompany you everywhere and keep tabs on you in ways that doctors never could. Everything that a dog can detect via smell, it would detect.

That’s a powerful idea, but it’s also an unsettling one. How much control over your odor profile data would you retain? And if your phone is capable of sniffing you, what other devices would do the same? In a world where digital olfactory sensors have become small enough to fit into your pocket, presumably they’ll end up elsewhere—much the way video cameras did before them. If your diseases and mental states leave suddenly legible reports in the air, no doubt people besides you and your doctor will be curious to read them. (Your insurance company, for instance.)

Poppy Crum, chief scientist at Dolby Labs, is rooting for technologies like the Nano-Nose, which she believes could democratize the early diagnosis of disease. But she also sees artificial olfaction as one of a host of rising technologies—some much farther along than others—that use sensors and data to suss out otherwise hidden inner states. Those technologies all require new standards for transparency and user control of data—standards that aren’t going to come from companies or researchers. “I think that’s something that has to be legislated,” Crum says.

Mershin, for his part, isn’t so worried about the dawn of an olfactory surveillance state. Instead, as a consummately overstimulated person, he dreads a world where devices start sending you odors. “I would be very supportive of all the technologies that smell you. I would be very leery of technologies that want you to smell them,” he says. “Don’t let the phones start putting scents in your head. Bad idea.” In other words, let your phone be the dog; you be the handler.


Sara Harrison (@atsaraharrison) is a reporter based in San Francisco.

Lumilitaw ang artikulong ito sa isyu ng Hunyo. Mag-subscribe ngayon.

Ipaalam sa amin kung ano ang iniisip mo tungkol sa artikulong ito. Magsumite ng isang sulat sa editor sa mail@wired.com.


Higit pang mga Great WIRED Stories