Trong nhà và trong túi của chúng ta ngay lúc này, đang có những thiết bị điện tử có thể nghe, nhìn và cảm nhận được xúc giác của chúng ta. Điện thoại thông minh của bạn có thể làm được cả 3 điều ấy. Đã có những chiếc màn hình thậm chí cho bạn nếm mùi vị.
Vậy điều gì còn thiếu? Một chiếc điện thoại có thể ngửi!
Nhưng nó sẽ sớm xuất hiện thôi, một chiếc smartphone được trang bị cảm biến phát hiện mùi. "Tôi nghĩ chúng ta còn cách nó 5 năm nữa, có thể ngắn hơn một chút", Andreas Mershin, một nhà khoa học, nhà phát minh công nghệ tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), cho biết.
Không phải công nghệ cảm biến mùi vị chưa xuất hiện, Mershin nói các nhà khoa học như anh đã phát triển chúng thành công. Việc cần làm bây giờ chỉ là thu nhỏ chúng lại, rồi đặt vào bên trong một chiếc điện thoại.
"Và ý tôi đang nói ở đây là sự phổ cập của cảm biến mùi trên hàng trăm triệu chiếc điện thoại", Mershin nhấn mạnh.
Tại sao một chiếc điện thoại nên biết ngửi?
"Hey, Google! Tôi đã cần phải đi tắm chưa?", đó chỉ là một trong những ứng dụng nhỏ của việc trang bị cảm biến mùi trên điện thoại di động của bạn.
Hãy tưởng tượng một chiếc điện thoại có thể nói cho bạn biết khi nào thức ăn đã đủ chín? Khi nào nồng độ CO2 trong phòng đang quá cao? Và nó tất nhiên cũng sẽ đổ chuông khi ngửi thấy mùi khói.
Nhưng một chiếc điện thoại có thể ngửi thậm chí còn có thể cứu sống bạn. Mùi - trên thực tế - cũng là một chỉ dấu để phát hiện bệnh tật.
Claire Guest, một nhà khoa học đang huấn luyện những con chó ngửi mùi bệnh phẩm cho biết: Chó có thể được huấn luyện để ngửi thấy mùi từ bệnh nhân sốt rét, Parkinson, ung thư và thậm chí là COVID-19.
Chính bản thân cô đã được cứu bởi một con chó tên là Daisy, "khi một ngày nó cứ nhìn chằm chằm và rồi thúc mũi vào tôi". Con chó đã ngửi ra mùi gì đó, Guest sau đó đã đi khám và phát hiện một cục u ở vú.
Một con chó đang được đào tạo mùi để phát hiện bệnh trên người.
Daisy đã phát hiện khối u khi nó mới ở giai đoạn rất sớm, yếu tố quyết định giúp Guest có được sự can thiệp kịp thời và chữa khỏi căn bệnh ung thư của cô. Mershin nói: "Bất kỳ ai trong chúng ta đều có thể có một nốt ruồi trở thành ung thư da ác tính. Nếu bạn để nó phát triển sớm 6 tháng, đôi khi nó đã trở thành một bản án tử hình".
Tuy nhiên, đào tạo ra những con chó khám bệnh không phải là nhiệm vụ đơn giản. Quá trình này cũng hết sức tốn kém, cả về thời gian lẫn tiền bạc.
Thêm vào đó, không phải bệnh nhân nào cũng thích chó, và không phải ai cũng thích được chó đánh hơi trong cuộc hẹn với bác sĩ. Vì vậy, các nhà khoa học đang muốn tạo ra một chiếc mũi robot, có thể làm thay nhiệm vụ của những chú chó hiện tại.
Làm thế nào để chế tạo những chiếc mũi robot?
Để có thể tạo ra những cỗ máy ngửi được và nhận diện được mùi hương, các nhà khoa học cần hiểu cơ chế mũi chúng ta hoạt động ngoài đời thực. Họ biết rằng sâu trong mỗi cánh mũi đang tồn tại những thụ thể đặc biệt, có khả năng tương tác với những phân tử khí có mùi mà chúng ta hít vào.
Những thụ thể này sau khi được kích hoạt sẽ gửi tín hiệu điện tới não bộ để phân tích. Vấn đề phức tạp là trong mũi chúng ta có tới hơn 400 loại thụ thể cảm nhận mùi hương khác nhau. Để so sánh, trong mắt chỉ có khoảng 4 loại thụ thể cảm nhận ánh sáng.
Điều đó giải thích tại sao khứu giác của chúng ta hết sức nhạy bén. Cùng là hai phân tử có hình dạng và cấu trúc tương tự nhau, nhưng mùi chúng ta cảm nhận chúng là rất khác biệt.
Mershin cho biết để có thể tái tạo lại khứu giác sinh học trên robot, các nhà khoa học cần phải xây dựng lên những cỗ máy trị giá hàng trăm triệu USD. "Và tôi thấy thật tức khi một cỗ máy giá 100 triệu USD hiện giờ vẫn chịu thua trong bài kiểm tra mùi với một con chó", Mershin nói.
"Đó quả là điều không thể chấp nhận được". Mershin không cam tâm và anh bắt đầu tham gia vào công việc chế tạo các thiết bị nhận biết mùi mới.
Năm 2007, Mershin tham gia vào một nghiên cứu được đặt hàng bởi DARPA, cơ quan nghiên cứu và phát triển của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ. Họ đang muốn tạo ra một chiếc mũi robot có thể phát hiện ra một số phân tử nhất định.
Mặc dù DARPA không công khai danh sách chính xác, nhưng dựa trên phỏng đoán của mình, Mershin nghi ngờ các phân tử đó có liên quan đến mùi bom, ma túy hoặc mùi xác chết.
Vậy làm thế nào để chế tạo một chiếc mũi robot? Mershin và Shuguang Zhang, cộng sự của ông tại MIT đầu tiên nghĩ rằng họ có thể chế tạo một thiết bị phát hiện trực tiếp từng phân tử có mùi.
Đó sẽ là một thứ giống như máy dò khí CO. Khi bất kỳ phân tử có mùi nào đi vào máy dò, tương tự như khi khí CO đi vào máy dò CO, còi báo động sẽ kêu lên.
Mershin và Zhang đã sử dụng các thụ thể phát hiện mùi thật, bằng sinh học. Họ đã nuôi các thụ thế này bên trong các tế bào. Cơ chế của thiết bị rất đơn giản, bộ đôi nhà khoa học sẽ nối các thụ thể này vào một điện cực thu nhận dòng điện sinh học.
Khi các thụ thể phát hiện ra một mùi trong không khí, bây giờ thay vì bắn các dòng điện về não bộ, chúng sẽ bắn dòng điện tới cảm biến sinh học, kích hoạt các mạch báo động để phát ra âm thanh.
Mershin và Zhang ban đầu rất tự tin với ý tưởng của mình. Nhưng khi xây dựng xong thiết bị, họ ngay lập tức phát hiện ra vấn đề. Các thụ thể sinh học quá nhạy, chúng bắn ra dòng điện mọi lúc và còi báo động gần như kêu không bao giờ tắt. Cỗ máy đầu tiên, về cơ bản, đã phá sản.
Nano-Nose, một hệ thống phát hiện mùi tích hợp AI
Không bỏ cuộc sau thất bại đầu tiên, Mershin và Zhang đã phân tích thất bại trước đó và đi đến một ý tưởng mới. Lần này, để tránh các thụ thể sinh học quá nhạy, họ đã không tạo ra các mạch điện phát hiện từng mùi riêng lẻ.
Thay vào đó, bộ đôi muốn hướng đến một chiếc mũi robot phát hiện những hỗn hợp mùi trộn với nhau. Mùi tổng thể là một bức tranh toàn cảnh hơn, Mershin cho biết. Nó là cách một tập hợp các phân tử kết hợp với nhau và tạo ra các tương tác phức tạp với một loạt các thụ thể trong mũi.
Suy cho cùng, chúng ta không bao giờ ngửi thấy được mùi khí CO riêng lẻ. Nhưng chúng ta có thể ngửi thấy mùi của một đám cháy, trong đó kết hợp rất nhiều các phân tử khí khác nhau, bao gồm CO.
Mershin và Zhang gọi cỗ máy mới của mình là Nano-Nose. Và bởi nó nhắm tới việc phát hiện mùi tổng thể, chứa các mạch cảm thụ của thiết bị này phải ghi lại được những mô hình dòng điện sinh học đang phát ra một cách điên cuồng từ thụ thể sinh học.
Đó là điều mà con người không thể làm được. Mershin và Zhang đã tiếp tục phát triển một thuật toán trí tuệ nhân tạo, một AI có thể đọc và học những tín hiệu điện này.
Điều thú vị là quá trình dạy cho Nano-Nose từng mùi khác nhau cũng giống như các các nhà sinh học như Guest huấn luyện chó. Mershin đã cho Nano-Nose tiếp xúc với một tập hợp mẫu bệnh phẩm, sau đó để trí tuệ nhân tạo AI tự đào tạo nó cách nhận biết các mùi.
Cỗ máy về cơ bản đã vượt qua vòng kiểm tra của DARPA. Nhưng đáng tiếc quân đội Mỹ đã dừng chương trình phát triển này của họ.
Hệ thống đánh hơi điện tử mà Mershin đang phát triển, bây giờ nó đang to bằng cả một cái laptop.
Nhưng Mershin đang cố gắng thu nhỏ nó lại vừa với một chiếc điện thoại.
Mershin và Zhang một lần nữa không vì thế mà bỏ cuộc. Nếu quân đội không sử dụng nó, họ sẽ phát triển các thiết bị mũi robot cho mục đích thương mại. Mục đích của họ là cố gắng hướng Nano-Nose vào các ứng dụng hàng ngày.
Trong thế giới thực, có vô số mùi trôi nổi xung quanh chúng ta. Đây là một tình huống rất khác với môi trường được kiểm soát trong phòng thí nghiệm của DARPA, nơi cỗ máy của Mershin và Zhang chỉ cần vượt qua được từng bài kiểm tra với từng mùi đơn lập.
Nhưng Mershin cho biết vấn đề này có thể được giải quyết khi anh đào tạo Nano-Nose và thuật toán AI của nó với nhiều mẫu phẩm hơn. Rào cản lớn nhất bây giờ vẫn là kích thước của thiết bị.
Nano-Nose hiện to bằng một chiếc máy tính để bàn. Mershin hiện cho biết anh ấy đang tích cực tìm kiếm các công nghệ mới để có thể thu nhỏ cỗ máy của mình đến cỡ vừa với một chiếc điện thoại thông minh.
Cỗ máy này, ở thời điểm hiện tại, đã là một bằng chứng về mặt khái niệm cho thấy chúng ta có thể tạo ra những cỗ máy có thể ngửi. Và tích hợp được nó vào điện thoại di động sẽ là cái đích tiếp theo, giống như cách chúng ta đã làm với máy ảnh.
Không lâu nữa, rồi điện thoại của bạn sẽ xuất hiện hộp thoại: "Bạn có cho phép ứng dụng này ngửi bạn hay không?".
Tham khảo Vox
