Test di Turing e il problema dell'olfatto artificiale

Ecco un problema interessante. Quando si tratta di sensi umani, abbiamo trovato il modo di riprodurre l'aspetto e il suono del mondo reale in modo ragionevolmente accurato. Esistono persino tecnologie per riprodurre la sensazione di determinate esperienze, come i simulatori di volo e di auto.

Ma il problema della riproduzione dell'odore è molto più intrattabile. L'esperimento SmelloVision del 1960 ne è un esempio. Ciò ha coinvolto circa 30 odori che sono stati rilasciati nel cinema in determinati momenti durante un film. Solo un film— Profumo di mistero — mai usato il sistema, che fallì rapidamente.

La verità è che nessuno ha trovato un modo per riprodurre accuratamente gli odori del mondo reale. E di conseguenza, l'olfatto artificiale è una tecnologia che rimane ostinatamente fuori dalla nostra portata.

Il problema consiste essenzialmente nel misurare un odore in un punto dello spazio e poi riprodurlo in un altro. Ed è un compito di sorprendente complessità e sottigliezza.

Ma anche se fosse possibile, come testeremmo un sistema del genere? Come faremmo a sapere che l'odore artificiale era una riproduzione fedele dell'originale?

Può sembrare un problema banale, ma oggi abbiamo una visione della sua sorprendente complessità grazie al lavoro di David Harel al Weizmann Institute of Science in Israele. Harel ha sviluppato una sorta di test di Turing per l'olfatto artificiale che aiuta a esplorare i problemi sollevati da questo problema.

Per cominciare, Harel spiega perché il problema della riproduzione olfattiva è fondamentalmente diverso da quello della riproduzione di stimoli visivi o sonori. Ricostruire uno stimolo visivo consiste semplicemente nel riprodurre la distribuzione spaziale della sua lunghezza d'onda e luminanza. E per suono, altezza, volume e timbro definiscono un tono.

Harel fa l'esempio della prima fotografia che include persone, scattata da Louis Daguerre nel 1838, e della prima telefonata, fatta da Alexander Graham Bell, in cui ha convocato con successo il suo assistente dalla stanza accanto. In entrambi i casi, i manufatti generati sono stati immediatamente riconosciuti come vere interpretazioni degli originali. Non perfetto, ovviamente, ma inconfondibilmente riconoscibile, dice Harel.

Per questo motivo, è ragionevole pensare alla fotografia e alla telefonia come a metodi che producono riproduzioni fedeli.

L'odore presenta una sfida diversa, tuttavia. Gli odori sono costituiti da molecole che il nostro sistema olfattivo rileva. Trasmette quindi segnali appropriati al cervello che si traducono nella percezione di un odore. Quindi analizzare e sintetizzare l'odore non è solo questione di usare un insieme appropriato di funzioni matematiche per emettere output che coinvolgono lunghezze d'onda accuratamente calcolate, dice Harel.

Invece, Harel delinea il processo più complesso necessario per riprodurre gli odori. Consiste di tre parti. Il primo lo chiama sniffer, un dispositivo che trasforma un odore in ingresso in una firma digitale. Il secondo è il whiffer, un dispositivo contenente una gamma di odori fissi che possono essere miscelati e rilasciati in quantità e concentrazioni accuratamente misurate.

La terza parte di questo sistema è forse la più importante. Questa è l'interfaccia tra lo sniffer e il whiffer. [Questo] analizza la firma proveniente dallo sniffer e istruisce il whiffer su come miscelare i suoi odoranti di pallet per produrre un odore in uscita che viene percepito da un essere umano come il più vicino possibile all'input originale, spiega Harel.

Avendo determinato come funzionerebbe in linea di principio il dispositivo, Harel si rivolge all'importante questione di quanto possa funzionare bene. Chiede se l'obiettivo dovrebbe essere quello di imitare esattamente l'odore o semplicemente di riprodurlo abbastanza bene da consentire agli esseri umani di riconoscerlo.

C'è una distinzione importante qui. Quando vediamo una fotografia o ascoltiamo la radio, riconosciamo l'immagine o il suono pur sapendo che non sono reali. In entrambi i casi ci si convince immediatamente che l'output prodotto artificialmente è una riproduzione adeguata dell'originale, anche se artificiale, dice Harel.

Non solo, è semplice convincersi che questo processo di riproduzione è del tutto generale e funzionerà altrettanto bene indipendentemente dall'input. Quindi è facile pensare che il processo fotografico debba riprodurre un paesaggio urbano così come riproduce un paesaggio o un ritratto.

Ma l'olfatto è diverso. Un simile approccio sarebbe del tutto inappropriato per l'olfatto, dice Harel.

Qui, la tecnologia si scontra con alcune limitazioni importanti. Forse il più significativo di questi è l'incapacità del linguaggio umano di descrivere gli odori. Non esistono metodi per descrivere verbalmente l'essenza degli odori arbitrari, dice Harel.

Alcuni metodi tentano di prendere in prestito parole da altri sensi per descrivere gli odori come freschi o verdi, ad esempio. Altri hanno escogitato parole relative solo all'olfatto, come muschiato, putrido e floreale. Ma nessuno di questi è in grado di abbracciare l'intero spettro di odori distinguibili dall'uomo.

Ciò rende l'identificazione degli odori un affare complicato. Un essere umano potrebbe essere in grado di riconoscere l'odore del caffè o di un'arancia, ma sicuramente sprofonderebbe quando gli viene chiesto di riconoscere gli odori associati a scene più generali, come il muschio in una grotta buia, l'odore di pneumatici che stridono o l'odore di qualche animale sconosciuto in una foresta lontana.

Quindi Harel ha un approccio alternativo, vagamente basato sul test di Turing per l'intelligenza artificiale. In questo test, un essere umano deve distinguere un'intelligenza artificiale da un'intelligenza umana. L'idea di Harel è di chiedere a un essere umano di distinguere gli odori prodotti dalla macchina olfattiva artificiale da quelli reali.

Il metodo è semplice e progettato in modo intelligente per evitare qualsiasi caratterizzazione verbale. Harel afferma che audio e video possono dare al tester un senso di immersione. Quindi il metodo comporterebbe un tester che guarda un video del luogo in cui è stato raccolto l'odore e poi decide se l'odore associato è reale o artificiale. (Harel suggerisce anche un paio di varianti di questo metodo.)

Ripetere questo processo con molti campioni e tester diversi darebbe presto un'idea delle prestazioni del sistema olfattivo artificiale.

Ovviamente bisogna fare attenzione a non rendere il compito troppo oneroso. Ad esempio, iniziare con 10 bottiglie di vino e chiedere ai tester di determinare se gli odori sono reali o artificiali sarebbe troppo difficile per la maggior parte delle persone. Ma in linea di principio, un tale sistema di test potrebbe funzionare.

Questo è un interessante esperimento mentale che si concentra sulla natura dell'esperienza e su come diamo un senso ad essa. Non è difficile immaginare sfide più coinvolgenti che coinvolgono più di un senso (vista, olfatto, tatto e così via) e chiedersi se sia possibile distinguere la realtà da un qualche tipo di esperienza artificiale. Questo è un argomento che molti film di fantascienza hanno esplorato.

In tal caso, potremmo avere un'idea di quanto sia importante l'olfatto nel contribuire a esperienze realistiche. Per l'esperienza legata al cibo, è chiaramente importante. Ma la terribile verità potrebbe essere che per il resto del tempo, l'olfatto potrebbe essere una componente minuscola o insignificante dell'esperienza. Forse è per questo che ci manca il vocabolario per descriverlo accuratamente.

In ogni caso, almeno per il momento, l'olfatto artificiale resta irraggiungibile. Sono passati ormai 50 anni dall'esperimento SmelloVision. Forse le idee di Harel aiuteranno a innescare un pensiero innovativo su come ottenere un vero olfatto artificiale nel prossimo futuro.

Rif: arxiv.org/abs/1603.08666 : Niépce-Bell o Turing: come testare la riproduzione degli odori?

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