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Jun 14, 2023

Esta startup está usando IA para descubrir nuevos olores

Emily Mullin Alex Wiltschko abre una maleta de plástico negra y saca

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Alex Wiltschko abre una maleta de plástico negra y saca unas 60 ampollas de vidrio. Cada uno contiene un aroma diferente. Uno huele a almidón con suaves notas florales, como arroz jazmín cocinado. Otro trae a la mente el aire del océano y la cáscara blanca de una sandía. Uno es como el azafrán con toques de cuero y té negro. El siguiente es el aroma acre de hojas de higuera, boj y albahaca. El más sorprendente tiene el sabor de un chile tailandés sin el calor que quema las fosas nasales.

Las moléculas que flotan en mi nariz no se parecen en nada a lo que he olido antes. De hecho, soy una de las pocas personas que los han olido alguna vez. Y, sin embargo, antes de que nadie los hubiera olfateado, un modelo informático predijo cómo nos olerían.

Wiltschko ha estado obsesionado con los olores desde que era un adolescente, y durante los últimos años ha estado desarrollando software en Google Research para predecir el olor de las moléculas basándose únicamente en su estructura. Los viales que me invitó a oler son la base de su nueva empresa, Osmo, una escisión de Google Research con sede en Cambridge, Massachusetts. Con $ 60 millones en una ronda de financiación inicial dirigida por Lux Capital y GV (Google Ventures) con sede en Nueva York, Osmo tiene como objetivo crear la próxima generación de moléculas aromáticas para perfumes, champús, lociones, velas y otros productos cotidianos.

La industria mundial de las fragancias, valorada en 30 000 millones de dólares, depende de materias primas cuya obtención es cada vez más difícil o controvertida. Los suministros de flores populares en perfumería están disminuyendo debido al clima extremo provocado por el cambio climático. Especies como los árboles de sándalo están en peligro de extinción debido a la sobreexplotación. Otros ingredientes, como el azafrán o el vetiver, son vulnerables a las interrupciones de la cadena de suministro debido a la agitación geopolítica. Algunas marcas aún usan almizcle y otros olores provenientes de animales, lo que presenta problemas éticos, ya que significa que deben ser capturados o asesinados. Mientras tanto, algunas alternativas sintéticas, como lilial, que huele a lirio de los valles, enfrentan prohibiciones regulatorias por razones de seguridad.

Los químicos de las compañías de fragancias han descubierto cómo replicar algunos aromas naturales, pero sigue siendo un proceso en gran medida manual, y muchos aromas no tienen sustitutos sintéticos. "Necesitamos construir reemplazos. De lo contrario, tendremos que continuar cosechando estas plantas y animales de nuestro ecosistema", dice Wiltschko, cofundador y director ejecutivo de Osmo, quien dirigió el equipo de olfato digital mientras estuvo en Google Research. . "Existe una gran oportunidad para construir ingredientes seguros, sostenibles y renovables que no requieran que cosechemos vida".

En el corto plazo, la compañía quiere diseñar moléculas para la industria de sabores y fragancias que sean potentes, libres de alérgenos y biodegradables. "Vemos a Osmo como un modelo de negocio de diseño racional en el que la gente quiere un olor muy específico y nosotros diseñamos los productos químicos, tal como se diseñaría un fármaco en una empresa biotecnológica o farmacéutica y luego se podría obtener la licencia", dice Josh Wolfe, un socio gerente de Lux Capital y cofundador de Osmo. A largo plazo, la compañía quiere darles a las computadoras un sentido del olfato, para "digitalizar" el olor, aunque ese concepto está menos avanzado y enfrenta algunos desafíos técnicos cuesta arriba.

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El sistema olfativo no se comprende tan bien como nuestros otros sentidos, pero eso se debe a que posiblemente sea más complejo, dice Joel Mainland, un neurocientífico olfativo del Monell Chemical Senses Center en Filadelfia, que colaboró ​​con el equipo de olfato de Wiltschko en Google Research, pero no es involucrado en Osmo.

La capacidad de detectar olores (pan horneado, pasto después de la lluvia, humo de cigarrillo o el perfume de su abuela) comienza cuando estas moléculas aromáticas flotan en el aire, ingresan a su nariz y se unen a los receptores de olor, que transmiten información al cerebro a través del olfato. nervio. La nariz humana tiene alrededor de 400 tipos de receptores o proteínas sensoras especiales. En comparación, el ojo usa tres tipos para producir la visión, y el gusto tiene alrededor de 40 tipos de receptores.

Esa complejidad hace que sea más difícil categorizar los olores que otras experiencias perceptivas. El color se puede representar con un degradado conocido como rueda de colores, y los sonidos por la frecuencia de sus ondas. No existe nada similar para los olores. "En este momento, necesitamos alguna forma de entender cómo se relacionan los olores entre sí", dice Mainland. "No tenemos una buena forma de organizar los olores".

Entonces, el equipo de Google de Wiltschko trabajó para construir lo que ellos llaman un "mapa de olores", una forma de categorizar los olores para que las moléculas que huelen igual se agrupen. Pero en lugar de confiar en las narices humanas para hacer estas distinciones, usaron inteligencia artificial.

Comenzaron alimentando un software de aprendizaje automático con un conjunto de datos de 5000 moléculas aromáticas disponibles en catálogos de fragancias, todos los olores que se han usado comúnmente y están bien descritos. Por ejemplo, ¿el aroma es afrutado, mantecoso, amaderado? A partir de este conjunto de entrenamiento, el software comenzó a notar asociaciones entre la estructura química de cada molécula de olor y cómo la describiría un humano, construyendo un mapa de olores de alta dimensión que agrupaba moléculas en función de estas características. "Parece un problema simple, pero pequeños cambios en la estructura de una molécula pueden hacer que deje de oler a rosas y se convierta en huevos podridos", dice Wiltschko. Por ejemplo, los enlaces químicos o la cantidad de átomos de carbono en una molécula pueden afectar su olor.

Luego le dieron al software un conjunto de datos más misterioso para analizar: 400 moléculas que habían sido diseñadas por científicos pero que nunca se produjeron, por lo que sus olores permanecieron sin describir. Le pidieron al modelo que predijera cómo olería cada molécula para las personas, basándose únicamente en su estructura.

Para probar qué tan bien se acumularon estas predicciones, Mainland y sus colegas de Monell pidieron a un panel de 15 voluntarios que olieran cada olor y le asignaran etiquetas: floral, mentolado, ahumado, etc. Los panelistas no siempre estuvieron de acuerdo entre sí; el olfato es más subjetivo que muchos otros sentidos. Pero para el 53 por ciento de los olores, las predicciones del modelo estaban más cerca del promedio del panel que de cualquier voluntario.

El equipo lo consideró un éxito, aunque el sistema tiene algunas limitaciones, dice Wiltschko. Por ejemplo, dos moléculas pueden ser imágenes especulares entre sí pero huelen diferente. "Los olores no siempre son radicalmente diferentes, pero son sutilmente diferentes, y nuestra red neuronal es completamente ciega a eso", dice.

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El equipo publicó sus hallazgos en el servidor de preimpresión bioRxiv en septiembre, y actualmente el artículo está siendo revisado por pares en una revista científica.

"Algo que queremos hacer en la ciencia del olfato es entender cómo es que los humanos perciben los olores", dice Krishnan Padmanabhan, un neurocientífico del olfato de la Facultad de Medicina de la Universidad de Rochester que no está involucrado en Osmo. Él dice que el mapa de olores del grupo apunta a una forma de hacerlo. "Es realmente sorprendente lo que pudieron lograr".

Los frascos de vidrio que Wiltschko me hizo oler contenían los mismos aromas que habían olfateado los panelistas de Monell. Él dice que Osmo está en conversaciones activas con varias compañías de fragancias para obtener la licencia de algunas de ellas.

Algunas fragancias novedosas son más viables comercialmente que otras, dice Christophe Laudamiel, un maestro perfumista francés que se desempeña como asesor de la compañía y quien me guió en Zoom mientras olía los diferentes olores. (Solo hay 600 perfumistas en el mundo, según International Flavours & Fragrances, con sede en Nueva York, una de las principales compañías que crea nuevos aromas). Por ejemplo, hay muy pocas moléculas disponibles que huelan como el océano, dice Laudamiel, por lo que un nuevo aroma a mar sería muy deseable. No está seguro de cómo la industria de las fragancias usaría el chile, pero podría ver que se usa para dar sabor a los alimentos.

“La industria es muy pequeña y solo hay unas pocas empresas que se han embarcado en la búsqueda de nuevas moléculas”, dice. "Se necesita mucha casualidad para encontrar una nueva molécula con un nuevo aroma".

Y la tasa de fracaso es alta. Esas moléculas no solo tienen que oler bien, sino que también tienen que ser seguras y biodegradables. Las empresas pueden probar mil moléculas al año solo para llevar unas pocas al mercado que cumplan con todos estos requisitos. Cuando Wiltschko le envió las moléculas que Osmo había creado, Laudamiel dijo: "Te das cuenta de que has creado un universo alternativo de ingredientes de perfumes".

Hay otro problema que Wiltschko cree que la tecnología de Osmo puede resolver: crear un mejor repelente de mosquitos.

Las enfermedades transmitidas por mosquitos como la malaria y el dengue son responsables de más de 700.000 muertes al año, según la Organización Mundial de la Salud. Los mosquitos hembra se alimentan de sangre humana y se sienten atraídos por el olor de la piel. La mayoría de los repelentes químicos, incluido el DEET, que se considera el estándar de oro, funcionan al confundir las señales olfativas de los mosquitos, lo que les impide encontrar su próximo objetivo.

Pero DEET tiene algunos inconvenientes. Debe usarse en altas concentraciones, puede degradar el plástico y puede causar irritación en la piel. También es posible que los mosquitos desarrollen resistencia al DEET, como lo han hecho con otras sustancias químicas, dice Chris Potter, neurocientífico de Johns Hopkins que estudia el sistema olfativo de los mosquitos. "Creo que hay una buena razón para buscar repelentes adicionales", dice Potter, que no está relacionado con Osmo. "Siempre necesitamos tener un respaldo". En 2020, la Agencia de Protección Ambiental aprobó el primer repelente nuevo en 11 años: un químico natural llamado nootkatone, que le da a la toronja su aroma característico. Pero Wiltschko y su equipo en Google pensaron que podrían usar su sistema de aprendizaje automático para encontrar otros nuevos. Primero, necesitaban un gran conjunto de datos de moléculas aromáticas para poder entrenar su modelo para reconocer las correlaciones entre la estructura de un compuesto y su eficacia como repelente. Pero solo pudieron encontrar unas pocas docenas de repelentes de mosquitos descritos en la literatura científica reciente. Entonces, Wiltschko rastreó un informe del gobierno de EE. UU. de la década de 1940, cuando los científicos probaron alrededor de 19,000 compuestos para determinar su efectividad. Ese esfuerzo clasificó estos compuestos según qué tan bien funcionaron y condujo al descubrimiento de DEET. Wiltschko y su equipo digitalizaron el conjunto de datos y luego entrenaron sus algoritmos en él.

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Como lo habían hecho en el experimento de la fragancia, proporcionaron a su modelo 400 moléculas nuevas cuya repelencia no se había probado. En este caso, le pidieron al modelo que predijera cuál funcionaría, basándose únicamente en la estructura química de cada uno. De estos, eligieron 317 para la detección con una prueba de laboratorio estándar. Mostró que más de 10 de ellos tenían una repelencia similar o superior al DEET y otros productos químicos actualmente en uso.

El equipo publicó sus hallazgos en una preimpresión en bioRxiv, pero el artículo aún no ha sido revisado por pares. A continuación, Wiltschko dice que Osmo planea probar esas moléculas para determinar la biodegradabilidad y la seguridad de la piel.

Potter está impresionado con el método del equipo. "Desató estos datos en los que hemos estado sentados durante tanto tiempo", dice. "Ahora tenemos esta gran lista para trabajar. Vale la pena echar un vistazo más de cerca a estos productos químicos".

Wiltschko y Wolfe consideran que las moléculas aromáticas personalizadas y los nuevos repelentes son solo el comienzo: tienen la misión de dotar a las computadoras del sentido del olfato. Piensan que la IA puede acercarnos al olfato digital al predecir cómo huelen los olores y cómo se relacionan con otros aromas. "La visión a largo plazo es 'Shazam' para el olfato", como dice Wolfe. Así como puedes usar una aplicación para identificar la canción que suena en la radio, Wolfe cree que deberías poder capturar, guardar y transmitir aromas con tu teléfono.

Pero ese es un problema difícil. Si bien un teléfono está diseñado para transmitir sonido, no está diseñado para transmitir productos químicos. Tal dispositivo tendría que recolectar moléculas de olor, convertirlas en una firma digital y pasar la señal al teléfono o computadora de otra persona donde sería decodificada. Entonces necesitarían algún tipo de dispositivo de liberación química para convertir esa señal en un olor inhalable.

Y Osmo aún no ha dado detalles sobre cómo abordaría la digitalización del olor, aunque Wiltschko ha expuesto la idea básica. "Necesitas tres partes: un sensor, un mapa y una impresora. El sensor toma el mundo físico y convierte los átomos en bits. El mapa te ayuda a interpretar, almacenar, comprimir y transmitir los bits. En color, estas son tecnologías como RGB y JPEG. Luego, debe poder volver a convertir los bits en átomos ", dice Wiltschko. "Creemos que ahora es el momento de comenzar a juntar todo esto".

La compañía aún no ha construido ningún sensor para capturar olores en señales digitales, o dispositivos para "imprimir" olores, para el caso, pero Wiltschko dice que están colaborando con investigadores externos para hacerlo. Wiltschko llama al problema "ridículamente difícil" y dice que tomará años.

De hecho, la gente lo ha intentado durante décadas. DigiScents iSmell, un cartucho conectado por USB para computadoras de escritorio, se lanzó en 1999. Se suponía que codificaría y luego reproduciría los datos de olor recopilados en línea, y WIRED afirmó que "lanzaría la próxima revolución web". Pero la empresa cerró en 2001 debido a la falta de financiación.

En 2014, Vapor Communications lanzó el oPhone, un dispositivo que se conectaba a un iPhone o iPad para permitir a los usuarios enviar aromas con mensajes. En 2016, la compañía también presentó un "altavoz de aromas" llamado Cyrano que permitía a las personas reproducir secuencias de aromas, como una lista de reproducción de olores. Ninguno de esos productos sigue en el mercado.

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Más recientemente, la startup tecnológica Feelreal intentó incorporar un aroma en un casco de realidad virtual, pero se encontró con un problema regulatorio con la Administración de Alimentos y Medicamentos porque la agencia lo consideró un producto de vapeo. El auricular aún no ha llegado a los consumidores.

¿Por qué tratar de digitalizar el olor en absoluto? Para Wiltschko y Wolfe, se debe a que los olores tienen la capacidad excepcional de desencadenar recuerdos. "No hemos podido capturar lo que posiblemente sea evolutivamente nuestro sentido más destacado, que es nuestro sentido del olfato", dice Wolfe. "Evolucionamos ese sentido para poder protegernos del peligro, detectar a los seres queridos, oler la comida podrida y disfrutar de la belleza del mundo, y esas son cosas difíciles de compartir con la gente a menos que haya alguien más allí".

Por ahora, comenzarán tratando de sacudir la industria de las fragancias recreando los aromas existentes y descubriendo otros nuevos. Mientras Wiltschko vuelve a poner los frascos de fragancia en la maleta, considero si me gustaría usar alguna de las fragancias Osmo que probé. Uno era rosa con jacinto y vegetación fresca. Mi perfume habitual, una fragancia de rosas hecha por una marca francesa, ha ido aumentando de precio constantemente y su aroma ha cambiado con los años. Una vez, cuando estaba en la tienda, pregunté por qué: el problema era la cadena de suministro de rosas.

Quizás si pudiera encontrar una alternativa, cambiaría.