Een kunstmatig intelligent systeem dat de structuur van moleculen koppelt aan hun geur, kan onder andere helpen om specifieke smaken voor voedsel te creëren.

Onderzoekers hebben een kunstmatig intelligent systeem ontwikkeld dat de geur van een bepaalde stof kan beschrijven op basis van zijn moleculaire structuur. Het AI-model is even betrouwbaar als een mens die de stof ruikt. Volgens de onderzoekers is dit een belangrijke stap in de richting van het digitaliseren van geuren. Ze hopen dat het AI-model kan worden gebruikt om nieuwe smaken te vinden voor voeding, of nieuwe geuren voor parfums of muggenwerende stoffen.

In kaart brengen hoe onze geurwaarneming zich verhoudt tot de fysieke bron van een geur is moeilijk. In tegenstelling tot de sensoren in het menselijk oog, die slechts drie kleuren waarnemen (rood, groen en blauw), zijn er meer dan 300 geurreceptoren. Daardoor is er een veel grotere verscheidenheid aan waarneembare geuren.

De miskende helden uit de wetenschapsgeschiedenis
LEES OOK
De miskende helden uit de wetenschapsgeschiedenis

300 geurreceptoren

Dit maakt het lastig om geuren te digitaliseren. Dat wil zeggen: informatie te coderen zodat elke geur kan worden nagemaakt aan de hand van zijn digitale profiel.

Nu hebben neurowetenschapper Joel Mainland van de Universiteit van Pennsylvania en zijn collega’s, waaronder onderzoekers van Google, een neuraal netwerk gebruikt om een model te produceren dat de structuur van een molecuul koppelt aan de geur. Ook kan het AI-model bepalen hoe dicht moleculen qua geur bij elkaar in de buurt zitten.

De onderzoekers hebben het model louter ontworpen om bestaande geuren en moleculen aan elkaar te koppelen. Het blijkt echter ook in staat de geur van moleculen die nog nooit geroken zijn nauwkeurig te voorspellen. ‘Het neurale netwerk lijkt zichzelf een soort voorstelling van moleculen aan te leren die fundamenteler is dan we verwachtten’, zegt Mainland.

Het model werd getraind op twee smaak- en geurdatasets met meer dan vijfduizend moleculen. In een test lieten de onderzoekers het model beschrijven hoe 320 verschillende moleculen ruiken. Dit vergeleken ze met op geur gebaseerde beschrijvingen van 15 mensen. Het model presteerde even goed als een gemiddelde proefpersoon.

Afstotelijk

In een ander onderzoek pasten de onderzoekers het model toe op een dataset van muggenwerende stoffen. Ze maakten een systeem dat de moleculaire structuren in verband brengt met hoe afwerend de insecten de geuren vinden. Zo ontdekten ze moleculen die volgens het model ten minste even afstotelijk voor muggen zijn als bestaande bestrijdingsmiddelen. 

’Het is een indrukwekkend stuk werk, een vooruitgang ten opzichte van wat er al gedaan is om de moleculaire structuur van vluchtige verbindingen te koppelen aan de geurkwaliteit die mensen erin ruiken’, zegt zintuigen-filosoof Barry Smith van de School of Advanced Study, Universiteit van Londen.

Wijn, koffie, zeep

Wel plaatst Smith enkele kanttekeningen bij de toepasbaarheid van het model. ‘Deze resultaten kunnen helpen om geuren van afzonderlijke moleculen te begrijpen, maar de meeste geuren die we ruiken zijn mengsels’, zegt hij. ‘Bijna alle geuren die we kennen – wijn, koffie, zeep, andere mensen, de zee – zijn het resultaat van een mengsel van honderden vluchtige moleculen.’

Om de smaak van voedsel vast te stellen, spelen naast de geur bovendien ook andere factoren mee. ‘Bij het eten van voedsel is er het speeksel in onze mond, de smaakreceptoren dragen bij, en de textuur van het voedsel’, zegt Smith. ‘Veel dingen werken op elkaar in om je een multi-zintuigelijke ervaring te geven. Dus ik denk dat we nog ver verwijderd zijn van het voorspellen van smaak aan de hand van voedselmoleculen.’