Het verband tussen de structuur van moleculen en hun geur is complex. Al tientallen jaren proberen onderzoekers het te ontrafelen. Nu hebben onderzoekers van het Google Brain Team een kunstmatig intelligent computersysteem ontwikkeld dat geuren kan herkennen.
Door naar de golflengte van licht te kijken, weten computers welke kleur het is. En door de frequentie van geluid te meten, kunnen ze de toonhoogte bepalen. Maar als je de structuur van een molecuul bekijkt, kun je niet zeggen hoe dat ruikt.
Dat komt doordat piepkleine veranderingen in de molecuulstructuur grote veranderingen in de geur kunnen veroorzaken. Als voorbeeld beschrijven de onderzoekers de synthetische geurstof Lyral. Die heeft een bloemige geur, vergelijkbaar met die van een lelietje-van-dalen, die vaak wordt gebruikt in drogers. Een molecuul dat qua structuur lijkt op Lyral is echter geurloos, terwijl een molecuul met een compleet andere structuur bijna exact dezelfde geur heeft.
Ook bestaan er moleculen die elkaar spiegelbeeld zijn en toch compleet anders ruiken. De molecuulstructuur van de geur van karwij is bijvoorbeeld het spiegelbeeld van die van munt.
Parfumeurs
De onderzoekers trainden hun kunstmatig intelligente systeem (KI) met een verzameling van ruim vijfduizend moleculen die door verschillende parfumeurs gecategoriseerd waren met geurbeschrijvingen als ‘wijnachtig’, ‘zeepachtig’ en ‘popcorn’.
Ruim twee derde van de moleculen werd gebruikt voor het trainen van de KI. Deze maakte gebruikt van een zogeheten graph neural network (GNN). Hiermee is ook een netwerk van vrienden op een sociale-media-website in kaart gebracht, zodat het programma nieuwe vriendschappen kon voorspellen.
De GNN verwerkt de structuur van de moleculen door bijvoorbeeld te beschrijven hoe een zuurstofatoom twee atomen links van een stikstofatoom ligt. Die kennis koppelt de KI aan geurbeschrijvingen. Zonder dat de onderzoekers verdere instructies gaven, categoriseerde de computer de geurinformatie.
‘Tamelijk goed’
Met het derde deel van de geurdataset dat over was, testten de onderzoekers de KI. En de machine slaagde. Van de meeste molecuulstructuren die hij te zien kreeg, voorspelde hij de geur correct.
De KI is nog niet foutloos. Moleculen die elkaars spiegelbeeld zijn, kunnen door de computer niet uit elkaar gehouden worden, mailt Alex Wiltschko van Google. ‘Desondanks ontdekten we dat geuren tamelijk goed voorspeld werden.’
KI-parfum
‘We zijn enthousiast dat anderen in de industrie de mogelijkheden van KI in menselijke reukzin verkennen en KI ontwikkelen om geuren beter te identificeren en te classificeren’, mailt Pablo Meyer van IBM Research. In 2017 trainde zijn onderzoeksgroep voor het eerst succesvol een KI in het herkennen van een aantal geuren.
IBM en het Google Brain Team zijn nu nog bezig met basisonderzoek. In de toekomst hopen ze het reukvermogen volledig te kunnen digitaliseren. ‘Dit kan niet alleen toepassingen hebben bij de productie van voedsel of geuren zoals bijvoorbeeld parfum’, zegt Meyer. ‘In de gezondheidszorg zouden op KI gebaseerde methodes ooit kunnen worden gebruikt om geurkenmerken van ziektes te vinden en te herkennen.’