להתווכח על ריח

מדען ממכון ויצמן למדע מציע דרך לבדוק מערכות המיועדות לשיגור ריחות באינטרנט. 

אם מחר יבוא מישהו ויספר לנו שעלה בידו לפתח מערכת שיכולה "לצלם" ריח כלשהו, לשלוח קידוד דיגיטלי שלו באינטרנט, ואז לשחזר אותו בנאמנות בצד השני - כיצד נוכל לדעת אם הוא אכן דובר אמת?

ראשית, חשוב להבין מהו האתגר שעומד בפני מי שמבקש לפתח מערכת כזאת. אנו חשים בריח מסוים כאשר חומרים שונים ("ריחנים") משתחררים ממקור כלשהו, ומגיעים לקולטני הריח באף ונקשרים אליהם. כך יוצא לדרכו תהליך עצבי מורכב במוחנו, שסופו בתחושת הריח. תחושת ריח מחוברת אצלנו לא אחת לזיכרונות שקשורים לאירוע מסוים, או למקום מסוים. ואם כך, כיצד אפשר (אם בכלל) לשדר ריחות למרחוק, למשל באמצעות רשת האינטרנט?

ברור שאין אפשרות לשגר ברשת את חומרי הריח עצמם, אולם פרופ' דוד הראל, מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית במכון ויצמן למדע, מספר על דרך עקרונית שהציעו הוא וחבריו לפני כ-15 שנה, אשר עשויה להתוות את דרכם של מי שיבקשו לפתח מערכת כזאת בפועל. "בטבע", אומר פרופ' הראל, "קיימים אין-ספור חומרי ריח שונים, הנקשרים לכמה מאות סוגים של קולטני ריח באף האדם. תהליך העיבוד המתרחש במוחנו הוא מורכב מאוד, ואת חלקו הגדול נראה שעדיין איננו מבינים דָיו. לכן ברור, שאין טעם לדבר על פיתוח מערכת שתשחזר את התהליך הזה כְּמוֹת שהוא. מנגד, המומחים בחקר מערכת הריח מאמינים שבאופן עקרוני אפשר יהיה להסתפק במכשיר פלט שמכיל, למשל, רק כ-50 חומרי ריח שייבחרו בקפידה, באנלוגיה למדפסת שמכילה 3-4 צבעי דיו, ויהיה מסוגל לערבב אותם באופן מדויק ולשחררם לאוויר בצורה מבוקרת. 'נשפן' שכזה יצטרך לקבל מידע ממכשיר קלט - באנלוגיה למצלמה: מין 'אף מלאכותי'- שיוכל ליצור 'חתימה דיגיטלית' של ריח קלט כלשהו. החתימה תהיה מבוססת על מידת ההיקשרות של חומר הריח הנתון למערך של קולטנים כימיים שבאף המלאכותי".

עם זאת, הוא מסביר, "חשוב מאוד להבין שבשני המכשירים האלה, שכְּמוֹתם כבר קיימים למעשה, אין כדי לפתור את הבעיה. החלק המסובך ביותר בייצור עתידי של מערכת לשיחזור ריחות הוא הקשר בין ה'מצלמה' ל'מדפסת': צריך לפתח שיטה אלגוריתמית לתרגום קוד דיגיטלי של ריח קלט כלשהו להוראות ערבוב עבור מכשיר הפלט, כדי שזה יערבב את 50 הריחות שלו בהרכבים ובריכוזים מדויקים, במטרה ליצור תערובת שהשפעתה על תפיסת הריח האנושית תהיה קרובה דיה לזו של ריח הקלט. כלומר, מכשיר הפלט יצטרך לייצר תערובת 'נכונה', כזאת שכאשר היא תגיע אל אף האדם ותיקשר לקולטנים החלבוניים שם, ישוגר אל מוחנו אות מתאים שיגרום לנו לתחושה של הריח ש'שודר למרחוק'. מדובר כמובן בחיקוי. התערובת לא תהיה הריח האמיתי מבחינת המבנה הכימי שלו, אבל היא תהיה מספיק דומה לו כדי שאדם רגיל יחוש ויזהה את הריח שמישהו, שמצוי במרחק רב ממנו, ביקש לשגר אליו".

האם התסריט הזה מעשי? האם אפשר להגשים את תוכנית הפעולה העקרונית הזאת? האם נוכל לשדר ברשת האינטרנט ריחות, כפי שלמדנו להעביר למרחק קול בטלפון, או מראות וסרטים באמצעות מצלמות, טלוויזיה ומחשבים? פרופ' הראל מאמין שכן, אך הוא אומר: "הדבר כנראה ייקח עוד הרבה זמן. את הידע החסר מתחילים אט אט להשלים במחקרים מעמיקים ומלהיבים".

באחרונה התמודד פרופ' הראל עם שאלה נלווית, המהווה פן מעניין נוסף של העניין. נניח שמחר יבוא מישהו ויספר לנו שעלה בידו לפתור את הבעיה. אותו אדם טוען שיש בידו אף מלאכותי ש"מצלם" כל ריח שהוא, ונשפן אשר מקבל את המידע באופן דיגיטלי ומפזר תערובת שיוצרת אצל האדם את התחושה המוכרת של הריח המקורי. כיצד נוכל לדעת אם הצליח בכך, ושהמערכת אכן "נכונה"?

כאן נזכר פרופ' הראל במבחן טיורינג – מבחן קונספטואלי שהציע בשנת 1950 אבי מדעי המחשב, אלן טיורינג, להבחנה בין אדם למחשב, או בין אדם לתבונה מלאכותית. המבחן בנוי כך שבחדר סגור אחד יושב אדם, בחדר סגור שני ממוקמת המערכת שמתכנניה מייחסים לה תבונה מלאכותית, ובחדר סגור שלישי יושב האדם הבוחן. הבוחן יכול לנהל תקשורת עם המכונה ועם הנבחן האנושי, לשאול אותם שאלות, לשוחח על ענייני היום, על פילוסופיה, טכנולוגיה, ספורט וכיוצא באלו. אם במהלך השיחות האלה הוא אינו מצליח להבחין מי הוא האדם ומי היא המכונה – כי אז המערכת הטכנולוגית אכן יכולה להיחשב כבעלת תבונה מלאכותית. מבחן דמוי-טיורינג אינו מתאים לבעיה הנוכחית, טוען פרופ' הראל, בעיקר מפני שאנו מנסים לבדוק את היכולת לשחזר תחושת ריח אנושית מוכרת, אך לבני-אדם אין שפה שבה הם יכולים לתאר זה לזה ריחות כלשהם באופן מובהק.

משום כך הוא מציע מבחן אחר, שמעורבים בו צוות מאתגר, שתפקידו לנסות להפריך את הטענה של בונה המערכת הנבחנת, וצוות בוחן נייטרלי. הרעיון המרכזי הוא שילוב ריחות בסביבתם הטבעית, באמצעות הקלטת קול ומראה. המאתגרים מכינים מספר גדול של קטעי וידאו קצרצרים שהוסרטו בסביבות שונות, כגון מאפיה, ג'ונגל, מעבדה, עליית גג מעופשת או פרדס פורח. לצורך בחינת היכולת של המערכת לשחזר את תחושת הריח בנאמנות, ייערכו לבוחנים מספר "מסדרי זיהוי". ב"מסדר" כזה יינתנו להם כעשרה קטעי וידאו מתוך אלה שהמאתגרים הכינו, וכן ריח שמתאים לאחד מהם, והם יתבקשו לזהות את הסביבה האור-קולית שמתאימה לריח.

כדי למנוע מצבים מאתגרים שאין אפשרות לזהותם (כמו, למשל, קטע וידאו של שדה פתוח שהוכן כאשר בגב המסרטה פעור פתח של מערה המדיפה ריח עובש חזק), יש צורך לשכלל את המבחן, כך שלעולם לא נדרוש מהריח המלאכותי את מה שלא נוכל לבצע עבור הריח האמיתי. את זה עושים באמצעות מה שפרופ' הראל מכנה "מסדרי זיהוי מותנים", שבהם צוות הבוחנים מורכב משתי קבוצות, אשר צופות באותם קטעי וידאו, ומקבלות ריח שמתאים לאחד מהם. אלא שהבוחנים בצוות הראשון מקבלים את מולקולות הריח האמיתיות שנאספו במקום שבו הוכן סרט הווידאו, ואילו האחרים מקבלים את הריח ש"הועבר ברשת", כלומר זה שהורכב באופן מלאכותי מ"צילום" הריח באמצעות המערכת והאלגוריתם שנתן הוראת ערבוב ל"נשפן". הדרישה המותנית היא, שבכל מקרה בו חברי הצוות הראשון מצליחים בזיהוי, יצליחו בו גם חברי הצוות השני. ואם תוצאה זו מתקבלת מספר פעמים, עבור כל אתגר שמכין הצוות המאתגר, כי אז אפשר לומר שהמערכת אכן מסוגלת לשחזר (ואז כמובן גם לשדר להעביר באינטרנט) תחושת ריח אנושית בת-הכרה וזיהוי.