למרות שגוף האדם נחשב למכונה מתוחכמת ומפותחת, האף שלנו מכיל רק כ-400 קולטנים, ובכל זאת אנחנו מסוגלים להריח מיליוני ריחות שונים שקובעים במידה רבה גם את הטעם של המזון שאנחנו אוכלים. כל אחד מאותם 400 קולטנים הוא לא ספציפי ולא ממוקד לריח אחד או לכמה ריחות אך הסיבה שבעזרתה אנחנו יכולים להריח ריחות שונים ומגוונים כל כך נעוצה בעובדה שהמולקולות הנדיפות שעוברות באוויר עוברות עיבוד במוח. המוח שלנו מצליח לתרגם את התבנית המיוחדת של הקישור של המולקולות ויודע לזהות ריחות ספציפיים.
לעדכונים נוספים ושליחת הסיפורים שלכם - היכנסו לעמוד הפייסבוק של החדשות
המוח שלנו לומד לסווג ולקטלג את כל מה שהרחנו בעבר ובעזרת זה מצליחים לזהות ריחות גם בלי שנפגשנו באובייקט הוויזואלי שמפיץ את הריח. במעבדה של פרופ' עודד שוסיוב בפקולטה לחקלאות של האוניברסיטה העברית, פיתח צוות חוקרים בהובלת הדוקטורנט ולד שומייקו אף ממוחשב, שמחקה את הפעולה המשולבת של האף והמוח שלנו ויודע לזהות ריחות על ידי עיבוד וניתוח של הצורה בה נקשרים המולקולות הנדיפות לקולטנים בלמידת מכונה. המחקר נעשה בשיתוף פרופ' יוסי פלטיאל ופרופ' צבי חיוקה מהאוניברסיטה העברית וד"ר גילי ביסקר מאוניברסיטת תל אביב.
ננסה להסביר מה עשו החוקרים וכיצד הצליחו לקשר בין ריח לתמונה. צוות החוקרים הצליח לראשונה להציג שימוש בתוכנות אופטיות מיוחדות של צינוריות פחמן, מולקולות ננו-מטריות (קטנות פי מיליון ממילימטר), לטובת זיהוי של חומרים נדיפים, בפשטות - זיהוי של ריחות. צינוריות פחמן מתאפיינות בתכונות מיוחדות רבות, ביניהן פליטה של אור בתחום האינפרה אדום. בעזרת התאמות כימיות של צינוריות פחמן, ניתן לגרום להן להיקשר לחומרים ספציפיים ולהגיב על ידי שינוי בסיגנל האופטי. לאף האופטי שתכננו החוקרים יש מערך חיישנים המורכב מצינוריות פחמן שמדמים את הקולטנים באף והקישור של מולקולות נדיפות אליהם גורם לשינוי בסיגנל האופטי באותם החיישנים. כך, הריח למעשה הופך לתמונה. הסיגנל האופטי שנקלט עובר באופן אוטומטי לניתוח באמצעות למידת מכונה וכך המערכת לומדת לזהות ריחות שונים ומולקולות שונות בצורה דומה למוח שלנו.
"הכוונה הייתה לפתח מכשיר אוניברסלי שיוכל להריח ריחות שונים ללא צורך לייצר חיישן נפרד לכל ריח חדש", הסביר החוקר ולד שומייקו. "במיליוני שנים של אבולוציה, הטבע יצר כלים מדהימים להתמודד עם אתגרים יומיומיים באפקטיביות רבה, לכן החלטנו ללמוד מהטבע. המכשיר שפיתחנו מדמה את הצורה בה פועל האף שלנו".
לדבריו של החוקר, האף האופטי יהיה מתוחכם יותר בעתיד: "המערכת יודעת לזהות עשרות ריחות שונים והיד עוד נטויה. המכונה אפילו יעילה יותר מהאף האנושי כי היא יכולה לזהות ריחות שאנחנו לא יכולים. לדוגמה, לא רק שהמכונה תדע להבדיל בין הריח של בירה, וודקה ויין, אלא היא גם תדע מהו רכיב הכוהל שנמצא בתוך המשקה; אתנול, מתנול, פרופנול ועוד, כך שאם מכרו לכם משקה אלכוהולי מזויף, המכונה תדע את זה תוך מספר שניות".
ראש המעבדה, פרופ' שוסיוב מסביר שהאף האופטי יכול להיות יעיל גם לזיהוי מחלות: "בנוסף לשימושים רבים ומגוונים בתחום המזון, כמו איתור אלכוהול מזויף או מזון מקולקל או מורעל, ישנם יישומים נוספים רבים לטכנולוגיה זו. בתקופה הזו רוב התוכן בחדשות הוא על מחלת הקורונה, וכמו בהרבה מחלות ויראלית של דרכי נשימה גם נגיף הקורונה גורם לשינויים בפרופיל של מולקולות נדיפות אשר נפלטות לחולים בנשימה. פוטנציאלית, ניתן להשתמש במערכת לצורך זיהוי מהיר של חולי קורונה בצורה לא פולשנית על ידי ניתוח הנשיפות שלהם. אלה רק דוגמאות בודדות – הפוטנציאל היישומי של הטכנולוגיה שלנו נרחב הרבה מעבר לכך".
