Sähköisellä nenällä eli keinonenällä pyritään jäljittelemään ihmisen biologista hajuaistia. Keinonenillä mitattu data saadaan digitaaliseen muotoon, minkä jälkeen sitä voidaan käsitellä tekoälymenetelmin.
Keinoneniä voidaan hyödyntää esimerkiksi elintarviketeollisuudessa ja ruokaketjun valvonnassa. Miksei keinonenä voisi olla myös omassa jääkaapissa aistimassa, missä kunnossa ruokamme ovat. Jääkaapissa ne olisivat erityisen hyödyllisiä henkilöille, jotka ovat menettäneet hajuaistinsa osittain tai kokonaan.
Ihmisen terveydentilan mittaaminen on toinen keinonenien tärkeä sovellusalue. Sairaudet muuttavat aineenvaihduntaa ja samalla ihmisistä haihtuvia orgaanisia yhdisteitä. Niitä voidaan mitata virtsasta, hiestä, hengityksestä ja kehosta. Mittauksista on jäljitetty muun muassa maksakirroosia, keuhkosyöpää, virtsatietulehdusta, diabetesta ja eturauhassyöpää.
Ei kipua – etähaistelu riittää
Terveydenhuolto kulkee kohti itsehoitoja, omaseurantaa, etähoitoa ja etäseurantaa. Etänä tehtävät keinonenämittaukset voivat olla tulevaisuudessa käyttökelpoinen apuväline lääkäreille ja muille terveydenhuollon ammattilaisille.
Keinonenän erityisvalttina on, että sillä tehtävät tutkimukset ovat ei-invasiivisia ja kivuttomia. Tuore esimerkki sairauksien haistamisesta on tamperelaisen yrityksen kehittämä keinonenä, joka pystyy mittaamaan, onko henkilöllä koronatartunta.
Tampereen yliopisto on mukana yhteiseurooppalaisessa tutkimushankkeessa, jonka tavoitteena on kehittää sähköistä nenäteknologiaa jäljittämään muistisairaan ihmisen tuoksua. Tavoitteena on samalla toisintaa tuoksunäytöllä tällaisia tuoksuja ja kehittää sanastoa, jolla ihmiset kuvailevat terveitä ja sairaita tuoksuja.
Kohti digitaalisia tuoksuja
Tuoksuilla ja toimivalla hajuaistilla on voimakas vaikutus ihmiseen ja hänen käyttäytymiseensä. Tuoksut ovat suoraan yhteydessä ravintoon ja makuaistimuksiin mutta myös vaarasignaaleihin, tunteisiin ja muistiin.
Keinonenä jäljittelee biologista hajuaistia
Hajuaisti on kemiallinen etäaisti ja aisteistamme ainoa, jonka reseptorisolut altistuvat suoraan ulkoiselle ympäristölle. Se on myös aisteistamme vanhin. Silti siitä tiedetään vähiten.
Sähköisellä nenällä eli keinonenällä pyritään jäljittelemään ihmisen biologista hajuaistia. Keinoneniä on tutkittu yli 40 vuotta. Yksi ensimmäisistä tutkimusraporteista on vuodelta 1982, jonka jälkeen uusia digitaalisia tekniikoita on kehitelty jatkuvasti.
Hajunäyte kerätään ohjatulla ilmavirtauksella, jossa nenällä nuuhkiminen on korvattu mekaanisella ilmapumpulla.
Herkkä kaasuanturimatriisi tunnistaa hajumolekyylit samaan tapaan kuin ihmisen hajuepiteelin reseptorisolut toimivat. Seuraavaksi elektroniikka ja laskenta-algoritmit korvaavat ihmisen biologisen hermoverkon esikäsittelemällä mitatun sensorisignaalin.
Viimeisenä ketjussa on älykäs data-analyysi ja hajun luokittelu.
Heikentynyt hajuaisti voi liittyä esimerkiksi neurologisiin sairauksiin, kuten Alzheimerin tai Parkinsonin tautiin, tai erilaisiin syömiseen tai tunneyhteyden kokemiseen liittyviin vaikeuksiin.
Hajuaistin toimintaa on perinteisesti mitattu erilaisilla tuoksuvilla kynillä. Testeissä mitataan miedointa tuoksua, jonka pystyy aistimaan, sekä kykyä tunnistaa eri tuoksuja. Käytössä olevat menetelmät ovat kuitenkin työläitä ja kömpelöitä.
Uusi vaihtoehto on tuoksujen tuottoteknologiat. Niiden avulla tuoksuja tuotetaan keinotekoisesti joko toistamalla olemassa olevia tuoksuja ja/tai syntetisoimalla tuoksuja digitaalisesti tietyistä kemiallisista osatekijöistä.
Tampereen yliopistossa kehitetään parhaillaan teknologiaa, jolla hajuaistin erottelukyvyn voi määrittää automatisoidusti. Tuoksunäyttöteknologiaa on testattu hyvällä menestyksellä sekä yliopiston omissa kokeissa että yhteistyössä Saksan Dresdenissä sijaitsevan haju- ja makuaistiin erikoistuneessa klinikassa tutkijoiden ja lääkärien kanssa.
”Hajuaistin toiminnan määrityksen automatisointi on digitaalisten tuoksujen tulevaisuuden lupaava sovellusalue.”
Automatisoitu tuoksuntuottoteknologia helpottaisi merkittävästi hajuaistin toiminnan tutkimista, diagnosointia ja kuntoutusta. Hajuaistikynnyksen määrittäminen on tärkeä osa tätä tutkimusta.
Esimerkiksi Suomessa arvioidaan olevan noin 20 000 ihmistä, jotka kärsivät long covid -oireyhtymästä. Maailmanlaajuisesti heitä arvellaan olevan miljoonia. Eräs long covidin oireista ovat pitkäkestoiset hajuaistipuutokset tai -muutokset.
Hajuaistin kuntoutusta virtuaalimaailmassa
Hajuaistia voi tutkimusten mukaan myös kuntouttaa. Tuore ja mittava tarkastelu aiheesta osoittaa, että hajuaistin kuntoutus vaikuttaa myös aivoihin ja niiden toimintaan myönteisesti. Se voi lievittää kognitiivisten taitojen heikkenemistä vanhemmalla iällä ja olla eduksi lievässä masennuksessa.
Hajuaistin kuntoutus keinotodellisuudessa yhdessä muun aisti-informaation kanssa avaa lupaavia ja monipuolisempia mahdollisuuksia tutkia hajuaistia ja esimerkiksi sen yhteyksiä muistin toimintaan.
”Tuoksujen lisääminen virtuaalikokemuksiin mahdollistaa moniaistisen vuorovaikutuksen keinotodellisuudessa.”
Hajuaisti, virtuaalitodellisuus, tuoksujen digitointi ja tuoksujen kemia kiinnostavat tällä hetkellä monia tutkimusryhmiä ja yrityksiä. Tuoksujen integrointi osaksi virtuaalitodellisuuksia liittyy ylipäätään haluun digitoida kaikki ihmisen aisti-informaatio.
Tuoksujen lisääminen virtuaalikokemuksiin mahdollistaa uudenlaisen moniaistisen vuorovaikutuksen keinotodellisuudessa.
Tuoksuteknologian kolme kehitysaaltoa
Ensimmäinen tuoksuteknologioihin liittyvä kehitysinto voidaan haarukoida vuosiin 1900–1960. Keskiössä oli tuoksujen liittäminen osaksi elokuvia.
Yksi kuuluisimmista on Scentorama-tuoksujentuottolaite, jonka sveitsiläinen keksijä Hans Laube kehitti 1930-luvulla. Myöhemmin Smell-O-Visionina tunnettu järjestelmä pystyi tuottamaan hallitusti noin 30 eri tuoksua integroidusti ”Mystery of Scent” -nimisessä elokuvassa vuonna 1960.
Ihmiset eivät innostuneet tästä. Ongelma oli muun muassa se, että tuoksut eivät osuneet elokuvan tapahtumien kanssa yhteen ja ne jäivät häiritsevästi leijumaan elokuvateatteriin.
Samoihin aikoihin amerikkalainen virtuaalitodellisuusteknologian kehityksen edelläkävijä Morton Heilig kehitti Sensorama-laitteen. Laitteessa sai kolmiulotteisen kokemuksen moottoripyöräajelusta Brooklynissä. Mukaan pystyi liittämään moniaistisia kokemuksia kuten tuulen ja kaupungin tuoksun kokemusta.
Laitteelle ei osattu nähdä käyttöä, ja se oli myös hirveän kallis.
Toinen tuoksuteknologioihin liittyvä kehitysaalto ajoittuu 1990–2000 luvuille. Innostus liittyi internetin voimakkaaseen tuloon ja muun muassa mahdollisuuteen välittää tuoksuja internetin yli paikasta toiseen.
Yksi esimerkki näistä on Scentee-niminen yritys, joka kehitti puhelimeen liitettävää tuoksunäyttöä. Kun henkilö esimerkiksi klikkasi Facebook-sivua, laitteeseen ladattava sovellus tuotti aiheeseen sopivaa valmiiksi ohjelmoitua tuoksua. Yksi toisensa jälkeen vastaavat yritykset ovat hiipuneet, kun niille ei ole löytynyt riittävää markkinaa.
Tällä hetkellä käynnissä on tuoksuteknologioiden kolmas aalto, jossa tutkimus- ja kehitystyö keskittyy hajuaistin kuntoutukseen, ihmisen ja teknologian vuorovaikutukseen sekä yleisemmin tuoksujen kemiaan ja tuoksujen luomiseen. Tuoksuja ja tuoksujen tuottoa tutkitaan esimerkiksi hyvinvointiin, autoiluun, syömiseen, muistiin ja virtuaalitodellisuuteen liittyvissä hankkeissa.
Tuoksunäyttöteknologialle näyttää nyt olevan sekä sosiaalista että kaupallista tilausta. Tieteellisen tutkimuksen rinnalla varsinkin kauppaketjut, hotellit ja autoteollisuus korostavat tuoksuilla omaa brändiään ja luovat ostomotivaatiota.
Tämän sisällön mahdollistaa Tampereen yliopisto.
Journalistinen päätösvalta on MustReadin toimituksella.
Tämä artikkeli on julkaistu Creative Commons CC BY-ND 4.0 -lisenssillä.
Keskustelu
Tätä juttua ei ole vielä kommentoitu.