Электрический имитатор вкусов: подробно о необычной технологии

Еще в 2013 году Нимеша продемонстрировал свое первое электронное устройство для имитации вкусов. «Цифровые карамельки» Digital Lollipops действительно походили на конфету чупа-чупс на палочке. В небольшой шарик на конце были интегрированы электроды, которые воздействовали на кончик языка быстрыми скачками температуры и токами силой порядка сотен микроампер (например, 180 мкА для создания горького вкуса).

Расположенные здесь вкусовые рецепторы – это белки, которые связываются с определенными молекулами, растворенными в слюне. Уловив химический сигнал, рецепторный белок меняет форму и запускает движение ионов через мембраны чувствительных клеток. «Включить» их можно и слабым электричеством: определенным образом модулированные по частоте и амплитуде сигналы Digital Lollipops могли создавать имитацию четырех базовых вкусов – сладкого, соленого, кислого или горького. Это воздействие усиливалось и крошечными колебаниями температуры, за которые отвечали микроскопические полупроводниковые термоэлементы.

Нимеша и его команда ориентировались на больных, которых диетические ограничения лишают важной радости в жизни. Задумывалось даже создание «умных чупа-чупсов», имитирующих сладкий вкус, но, конечно, не содержащих ни грамма сахара, – для тех, кто злоупотребляет сладким. Однако иллюзия оказалась далеко не полной. «Если вы хотите имитировать вкус, вам нужно воздействовать не только на язык, но и на мозг», – констатировали разработчики.

«Вкус – сложное мультимодальное переживание, – объяснил Нимеша в одном из интервью. – Необходимы и запах, и цвет, и текстура, и прошлый опыт... Я стараюсь интегрировать вместе различные аспекты всех этих ощущений». Первой попыткой такой интеграции стал проект Taste+, «умные» ложки и бутылки для питьевой воды. К температурному и электрическому воздействию присоединилось зрение. Синтезируя соленый, кислый или горький вкус, ученый использовал светодиоды, зажигающиеся синим, красным, зеленым цветами.

Но и этого оказалось мало: добровольцы, пробовавшие совершенно пресный крахмальный раствор с имитацией вкуса, различали этот вкус лишь в 40–83% попыток и часто жаловались на неприятные покалывания электричества. Труднее всего оказалось «виртуализировать» сладкий и горький вкусы: по словам Нимеши, их создают одни и те же рецепторы, которые часто дают ложное срабатывание в ответ на нужную стимуляцию.

Но это казалось проблемой технической и вполне решаемой. Куда труднее выглядело другое – комплексное воздействие, включающее запах и текстуру, которые играют в создании вкуса даже бόльшую роль, чем сами вкусовые рецепторы. Как создать виртуальную текстуру поджаренного хлеба или хрустящего яблока? Да и возможно ли это вообще?.. Сингапурские инженеры взяли паузу.

Следующую свою разработку Нимеша и его единомышленники показали уже в конце 2016 года на прошедшей в Токио конференции по пользовательским интерфейсам и технологиям UIST. В ней участвовала и группа японских специалистов во главе с Такефуми Огавой из Токийского университета, представившая свой проект по созданию виртуальной текстуры пищи – Electric Food Texture System (EFTS). Как это сделали до них сингапурцы в своих устройствах, в EFTS тоже использовали слабые токи – правда, электроды крепили на лицо.

Фотодатчик у нижней челюсти регистрировал ее движение, а электрод у жевательной мышцы воздействовал на нее в нужный момент. При этом более высокочастотные электрические импульсы вызывали иллюзию твердой пищи, медленные – упругой и податливой. «Во рту нет пищи, но пользователю кажется, что она есть благодаря тактильной обратной связи, которую создает электрическая миостимуляция», – комментируют японцы свою разработку.

Ну а сингапурцы представили на UIST усовершенствованный вариант своей системы «вкусовой виртуальности». Теперь она активнее использует температурное воздействие с помощью дополнительного электрода, размещаемого под языком, – такая модификация позволяет лучше передавать ощущения сладкого. Но пока ей это удается лишь в половине случаев, причем некоторые добровольцы сообщали, что при нагревании ощущают привкус острого, а некоторые – но не все – чувствовали мятный вкус при охлаждении электрода. Кажется, такие противоречивые результаты указывают на один крайне интересный момент.

Дело в том, что, «обманывая» зрение картинкой, а слух – звуком из динамиков, мы создаем естественные стимулы, запускающие нормальную работу этих органов чувств. Но когда мы пытаемся перехитрить вкус, нам приходится стимулировать ощущения посторонними, необычными воздействиями. Подмена совершается не на уровне сигнала, а на уровне рецепторов. При этом маловероятно, что одно и то же воздействие вызывает у разных людей одинаковые ощущения. Возможно, задача по имитации вкуса окажется еще сложнее и потребует устройства, способного адаптироваться под каждого конкретного пользователя и его личные вкусы. В конце концов, о них не спорят – под них подстраиваются.