La science de l'olfaction, en particulier celle de l'olfaction artificielle, a stagné longtemps, contrairement à celle de la vision et de l'audition. Aujourd'hui, grâce aux immenses progrès de l'IA, celle-ci est en pleine transformation.
Un siècle en arrière, le scientifique scotto-canadien Alexander Graham Bell lançait un appel pour la création d'une nouvelle science : celle de la mesure des odeurs. Un domaine encore largement sous-étudié à l'époque. De nos jours, le machine learning et l'IA nous permettent d'innover à vitesse grand V. Le domaine de la robotique commence à bénéficier du progrès de cette technologie, la médecine ou encore la surveillance environnementale. L'olfaction artificielle, elle aussi, est en net progrès et profite des avancées colossales de ces dernières années en matière d'IA et de machine learning.
La complexité de l'olfaction humaine
Lorsque vous sentez une odeur, c'est environ 400 récepteurs olfactifs qui sont mis à contribution. Les scientifiques cherchent assidûment à reproduire cette complexité au moyen de capteurs aptes à détecter et identifier les molécules aériennes. Néanmoins, pour que ces capteurs s'avèrent réellement utiles, il est impératif qu'ils puissent interpréter lesdites molécules d'une manière analogue à l'expérience sensorielle humaine. C'est précisément à ce stade qu'intervient l'apprentissage automatique.
Celui-ci s'avère indispensable pour cartographier la structure moléculaire des composés odorants aux mots employés par les humains pour décrire les odeurs. À titre d'exemple, un modèle peut effectivement apprendre à associer des vocables tels que « sucré » et « dessert » à des composés spécifiques comme la vanilline. Pour fonctionner adéquatement, ces modèles d'apprentissage automatique requièrent d'imposants ensembles de données, ce qui rend la tâche assez ardue. En plus de cela, la description verbale des odeurs par les humains est nettement plus complexe que celle des images ou des sons, ce qui a longtemps limité la disponibilité des données nécessaires.
En 2015, un tournant décisif survint avec le lancement du DREAM Olfaction Prediction Challenge, une compétition qui a permis aux chercheurs d'accéder à des ensembles de données collectés par Andreas Keller et Leslie Vosshall (biologistes spécialisés dans l'olfaction). Les modèles devaient prédire des descriptifs olfactifs tels que « sucré », « fleur » ou « fruit » en fonction de la structure moléculaire qu'on leur présentait. Un modèle s'est hissé au-dessus de tous les autres en usant une technique complexe de machine learning (le random forest) et a remporté la compétition. L'événement a été un catalyseur majeur pour les progrès en olfaction artificielle ; le domaine stagnait et a été soudainement redynamisé.
Des applications surprenantes en perspective
Lors de la pandémie de COVID-19, l'anosmie qui touchait certains patients (perte de l'odorat) a sensibilisé le grand public à l'importance de ce sens. Le projet Pyrfume, lancé en 2018, a également apporté une immense contribution au domaine en rendant accessibles aux chercheurs des ensembles de données nettement plus importants, passant de moins de 500 molécules à près de 5 000 en 2019. Une équipe de chercheurs de Google Research, dirigée par Alexander Wiltschko, ont mis au point un modèle extrêmement avancé permettant d'obtenir des résultats d'une précision inédite dans la prédiction et la classification des odeurs. Wiltschko est désormais le PDG d'Osmo, entreprise spécialisée dans le développement de technologies d'olfaction artificielle, qui aspire à « donner aux ordinateurs un sens de l'odorat ».
D'un point de vue applicatif, que peut-on attendre de ces progrès ? Des répulsifs à insectes plus efficaces, des parfums personnalisables à loisir, des nouveaux capteurs chimiques, des expériences en réalité augmentée plus immersives et même la possibilité de détecter précocement certaines maladies grâce à l'analyse des composés odorants spécifiques présents dans l'haleine ou d'autres échantillons biologiques. L'éventail de possibilités est très large, et nul doute que Graham Bell sauterait de joie s'il pouvait assister à cette révolution technologique.
Source : The Conversation
