นักวิจัยของบริษัท Google สอนให้ AI เรียนรู้การจำแนกกลิ่นจากโมเลกุลของกลิ่นต่างๆ

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์สามารถหาคำอธิบายถึงเรื่อง การแยกแยะประสาทสัมผัสต่างๆ ของมนุษย์ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องการมองเห็นสีสันต่างๆ ของมนุษย์ที่มีความเชื่อมโยงกับลักษณะความยาวของแสงที่สายตาของมนุษย์รับได้, การรับรู้รสชาติอาหารและทำงานของปุ่มรับรสที่ลิ้น หรือจะเป็นการรับรู้อุณหภูมิและความเจ็บปวดต่างๆ ของผิวหนังก็ตาม

แต่เมื่อเป็นเรื่องของการรับกลิ่นแล้วนั้น นักวิทยาศาสตร์ยัง ไม่สามารถที่จะหาคำอธิบายเกี่ยวกับเรื่องหลักการจำแนกกลิ่นต่างๆ ของมนุษย์ ที่นอกเหนือไปจากการจดจำในสมองได้เลย เพราะประสาทการรับกลิ่นของมนุษย์นั้นค่อนข้างเป็นเรื่องเฉพาะตัวของบุคคลนั้นๆ เราอาจอธิบายถึงกลิ่นที่เราได้รับแตกต่างกันไปตามประสบการณ์และความเคยชินก็เป็นได้ นอกจากนี้ยังไม่ได้มีการศึกษาที่ลึกลงไปถึงระดับโมเลกุลของกลิ่นต่างๆ อีกด้วย

ภาพจาก : https://theconversation.com/whats-that-smell-a-controversial-theory-of-olfaction-deemed-implausible-42449

ซึ่งในตอนนี้ทีมนักวิจัยสมองของบริษัท Google ก็ได้แสดงความสนใจในเรื่องนี้โดยได้ทำการศึกษาวิจัยเพิ่มเติม และพวกเขาคาดหวังว่า AI น่าจะมาเป็นตัวช่วยสำคัญในการหาคำอธิบายเรื่องนี้ได้ จากงานวิจัยที่ตีพิมพ์ลงใน Arxiv (ฐานข้อมูลวิจัยออนไลน์ของมหาวิทยาลัย Cornell) ได้ระบุถึงขั้นตอนการสอนและฝึกฝน AI ให้สามารถจดจำและแยกแยะกลิ่นเอาไว้ว่า ทีมนักวิจัยได้สร้างชุดฐานข้อมูลที่บรรจุลักษณะโมเลกุลของกลิ่นต่างๆ ราว 5,000 โมเลกุล โดยได้รับการช่วยเหลือจากช่างปรุงน้ำหอมในการให้คำอธิบายและระบุลักษณะเฉพาะของกลิ่นต่างๆ เช่น “กลิ่นหอมนวล”, “กลิ่นสดชื่น” หรือ “กลิ่นธรรมชาติ” เป็นต้น จากนั้นทีมวิจัยจึงได้ทำการแบ่งข้อมูลออกเป็น 2 - 3 ชุด และนำเอาไป สอนให้ AI เรียนรู้และจดจำกลิ่นเพื่อแยกแยะโมเลกุล ภายในกลิ่นต่างๆ จากภายในฐานข้อมูล ผลพบว่าอัลกอริทึมที่ใช้คาดการณ์ความ เชื่อมโยงลักษณะโมเลกุลของกลิ่นต่างๆ นั้นใช้การจำแนกโครงสร้างทางเคมีของกลิ่นนั้นๆ เป็นหลัก

“การจำแนกโมเลกุลต่างๆ ของกลิ่นจากโครงสร้างทางเคมีนั้นดูเหมือนจะเป็นเรื่องที่ยากและยังไม่มีใครศึกษาเรื่องนี้อย่างจริงจัง เพราะหากคุณเปลี่ยนแปลงหรือนำเอาอะตอมเพียงหนึ่งพันธะออกไปจากกลิ่นนั้นแล้วโครงสร้างทางเคมีของกลิ่นนั้นก็จะเปลี่ยนไปด้วย คุณอาจเปลี่ยนกลิ่นหอมของดอกกุหลาบเป็นกลิ่นก๊าซไข่เน่าได้เลย” Wiltschko หนึ่งในทีมวิจัยของบริษัท Google กล่าว

ไม่เพียงแค่บริษัทอย่าง Google เท่านั้นที่สนใจในเรื่องนี้ แต่ทีมวิจัยอื่นๆ เองก็ได้มีการศึกษาเกี่ยวกับเรื่องการฝึกฝนให้ AI ได้เรียนรู้การจำแนกแยกแยะกลิ่นด้วยเช่นกัน ไม่ว่าจะเป็นสถาบัน Barbican Centre ในลอนดอนที่ได้กล่าวถึงเรื่องการ ใช้ AI และเครื่องมือต่างๆ ในการปรุงแต่งกลิ่นของดอกไม้ที่สูญพันธุ์ไปแล้วขึ้นมาใหม่ และในประเทศรัสเซียมีการนำเอา AI มาใช้ในการจำแนกกลิ่นและความรุนแรงของก๊าซที่อันตรายถึงชีวิต หรือบริษัท IBM ก็ได้ทำการทดลองให้ AI ปรุงน้ำหอมกลิ่นใหม่ขึ้นมา แต่ทีมของ Wiltschko นั้นดูเหมือนจะพิเศษกว่าทีมอื่นๆ อยู่มากหน่อย เพราะพวกเขาได้นำเอาการ ใช้ GNN (Graph Neural Network) หรือโครงข่ายประสาทเทียมในรูปกราฟโมเดลมาช่วยในการจำแนกประเภทของกลิ่นต่างๆ อีกด้วย

ภาพจาก : https://thenextweb.com/artificial-intelligence/2019/10/24/google-is-training-an-ai-to-predict-a-molecules-smell/

และก่อนหน้านั้นในช่วงปี 2015 ทีมวิจัยนี้ได้เคยจัดงาน DREAM Olfaction Prediction Challenge ที่เป็นการเปิดโอกาสให้ผู้คนได้เข้าแข่งขันในการบรรยายถึงลักษณะของกลิ่นต่างๆ ที่พวกเขาได้รับ และนักวิจัยก็ได้นำเอาผลของการแข่งขันนี้มาอ้างอิงในงานวิจัยชิ้นใหม่นี้เช่นกัน โดยนักวิจัยได้ทดสอบอัลกอริทึมต่างๆ เพื่อดูว่าพวกเขาจะสามารถ ฝึกฝนให้ AI ทายกลิ่น จากโมเลกุลของกลิ่นต่างๆ ได้หรือไม่ และนำเอาผลมาเปรียบเทียบระหว่างกลุ่ม DREAM และ GNN นี้ ซึ่งการศึกษาในครั้งนี้ก็แสดงให้เห็นทั้งความมุ่งมั่นและความคืบหน้าในการศึกษาเรื่องการจำแนกกลิ่นของทางบริษัท Google อยู่มากเลยทีเดียว

แต่การใช้ GNN มาช่วยในการฝึกฝน AI ให้จำแนกกลิ่นนั้นก็ยังพบข้อบกพร่องอีกมาก โดยเฉพาะกับสิ่งที่เป็น Chiral Pairs หรือสิ่งที่มีจำนวนอะตอมและพันธะทางเคมีตรงกันแต่มีลักษณะรูปร่างหน้าตาและกลิ่นที่ไม่เหมือนกันโดยสิ้นเชิงอย่างกลิ่นของยี่หร่าและสเปียร์มินท์ ระบบ GNN นั้นตีความว่าทั้งสองกลิ่นนี้เป็นกลิ่นเดียวกันจากพันธะทางเคมีนั่นเอง

“เรารู้ดีว่ามันมีความผิดพลาดในส่วนที่เป็น Chilral Pairs ในฐานข้อมูลของเรา และเราก็ทราบดีว่าคงเป็นไปได้ยากที่จะให้มันคาดการณ์หรือทายกลิ่นต่างๆ ออกมาได้อย่างถูกต้องในตอนนี้ แต่การวิจัยในครั้งนี้ก็ถือได้ว่าเป็นก้าวสำคัญของการศึกษาเรื่องนี้”

ซึ่งในเรื่องนี้ทางทีมนักวิจัยของ Google ก็ไม่ได้นิ่งนอนใจแต่อย่างใดแต่กำลัง เร่งดำเนินการแก้ปัญหานี้ และยังคงเชื่อมั่นว่าการฝึกฝนให้ AI จำแนกลักษณะเฉพาะของโมเลกุลภายในกลิ่นต่างๆ นั้นถือว่าเป็นก้าวแรกที่สำคัญในการศึกษาอธิบายในเรื่องความสามารถในการจำแนกกลิ่นของมนุษย์ และมันอาจมีผลต่อวิทยาศาสตร์ในสาขาอื่นๆ อย่างนักเคมีในการศึกษาและทำความเข้าใจถึงเรื่องประสาทสัมผัสในการรับและแยกแยะกลิ่นของมนุษย์เพิ่มขึ้นอีกขั้นหนึ่งก็เป็นได้

ภาพจาก : https://ai.googleblog.com/2019/10/learning-to-smell-using-deep-learning.html

อย่างไรก็ตาม การศึกษาวิจัยในครั้งนี้ ไม่ได้ระบุถึงเรื่องการจำแนกกลิ่นที่ผสมปนกันในอากาศ แต่เมื่อพิจารณาจากความคืบหน้าของงานวิจัยในสายนี้แล้วอาจบอกได้ว่ามันค่อนข้างที่จะไกลตัวไปเสียหน่อย เพราะแค่เฉพาะกลิ่นเดี่ยวๆ ยังมีข้อบกพร่องที่ยากจะแก้ไข ถ้าผสมรวมกลิ่นอื่นเข้าไปด้วยน่าจะต้องใช้เวลาในการศึกษาเพิ่มเติมอีกมากเลยทีเดียว