Karim Aly, generální ředitel Noze – Interview Series

Karim Aly je generální ředitel Noze, kanadské startup společnosti, která vyvinula světovou špičku v technologii digitalizace čichu. Zaměřuje se na realizaci vize společnosti transformovat zdravotnictví tím, že vybaví stroje schopností čichat.

Předtím, než nastoupil do Noze, založil Karim jednu z prvních startup studií v Kanadě ve spolupráci s jednou z největších univerzit v zemi. Na počátku své kariéry byl aktivním podnikatelem na rozvíjejících se trzích, kde založil několik technologických společností, které se rozšířily do více než 20 zemí na Blízkém východě a v jihovýchodní Asii.

Co vás inspirovalo k myšlence na digitální čich, která byla poprvé konceptualizována v roce 2014?

Samozřejmě. Šlo o přirozenou zvědavost našeho zakladatele a technického ředitele – Ashoka Prabhu Masilamaniho – který se snažil pochopit, proč jsme úspěšně digitalizovali zvuk (mikrofon), digitalizovali vidění (kameru) a digitalizovali hmat (haptiku), ale ne čich. Když začal odhalovat vrstvy, začal chápat klíčové body selhání, které nás zdržovaly v pokusu o digitalizaci čichu. Jako kariérní vědec se tyto poznatky staly základem Ashokovy vize pro novou startup společnost; jednu, která by vyvinula platformu, která by mohla skutečně přinést vnímání pachu do digitálního světa, a s tím i Noze.

Společnost strávila následující 6 let inovacemi a zdokonalováním nejrozvinutějšího digitálního rámce pro vnímání pachu, který vyřešil detekci a sledování pachu v reálném světě. Ačkoli tato technologie jasně má potenciální aplikace v různých oblastech, od znečištění ovzduší po donucovací orgány, jsme se rozhodli zaměřit na aplikaci naší digitální platformy pro čich výhradně ve zdravotnictví. Ve skutečnosti jsme právě oznámili $1 milion grant od nadace Bill & Melinda Gates na vývoj zdravotnického dýchacího analyzátoru s umělou inteligencí, který může detekovat infekční onemocnění, jako je malárie a tuberkulóza, pomocí pachových biomarkerů (Volatile Organic Compounds) v dechu. To bude hračička pro miliony lidí.

V roce 2015 měla laboratoř Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA technologii, která odpovídala vaší vizi. Jaká byla tato technologie a jak váš tým získal tuto patent?

V roce 2014 vyvinula laboratoř Jet Propulsion Laboratory NASA inovativní technologii „digitálního nosu“ pro detekci více par/výparů v orbitálních vozidlech ve vesmíru. NASA se soustředila na testování této schopnosti na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS), která je mnohem náročnějším prostředím pro „čichání“ par ve srovnání se zemí. Viděli jsme obrovský potenciál v jejich raných poznatcích a rozhodli se urychlit naši cestu získáním exkluzivní licence k šesti patentům držených JPL v oblasti digitálního nosu. Od té doby jsme radikálně vyvinuli a vylepšili technologii digitálního nosu JPL přidáním vlastních vrstev aroma datového inženýrství a percepčních algoritmů umělé inteligence, abychom spustili nejvýkonnější platformu pro digitální vnímání pachu.

Jaké jsou různé technologie strojového učení, které se používají k výrobě unikátní digitální pachové značky?

Vytvoření interpretabilní digitální pachové značky ve skutečnosti vyžaduje mnohem více než jen strojové učení. V Noze jsme si uvědomili brzy, že digitální čich musí být považován za rámec, podobný jako mammální čichový systém. U savců je čelní část čichového systému rozmanitý soubor čichových receptorů. Abychom emulovali tyto čichové receptory, postavili jsme čip se senzorem s rozmanitým souborem chemických receptorů. Když je pach zaveden do mammálních čichových receptorů, produkují unikátní neuronální kód, a podobně, když pach projde naším chemickým receptorovým polem, produkuje unikátní „digitální pachovou značku“.

Můžete diskutovat o algoritmech, které se používají k interpretaci pachových značek?

Abyste mohli interpretovat pach, musíte vytvořit datovou sadu digitálních pachových značek pro ten pach. Objevil jsem, že datová sada pachových značek postavená z čipu Noze obsahuje bohaté chemické sémantické informace reprezentované ve formě manifoldů. Ve světě počítačového vidění je použití technik manifoldového učení populárním přístupem. Nicméně, na rozdíl od počítačového vidění, které je datově bohatou doménou, je svět digitálního čichu datově chudou doménou. Naše toolbox umělé inteligence aplikuje řadu novátorských přístupů, jako je meta-učení, few-shot učení a manifoldové učení na našich účelově postavených datových sadách pachů.

Můžete diskutovat o cloudové platformě Noze a procesu přidávání nových pachů a jak velké je knihovna pachových značek?

Naše cloudová IoT platforma hostí digitální knihovnu pachu a percepční engine umělé inteligence. Naše knihovna se skládá ze dvou typů datových sad; jedné, která je aktivně inženýrsky vytvořena pro vytvoření pachových značek pro vybrané pachy a pozadí, a jedné, která je pasivně vytvořena z kontinuálního vzorkování prováděného zařízeními v terénu, které obsahují náš čip se senzorem. Tyto pasivně vzorkované pachové značky jsou kuriózně a uloženy v naší knihovně pachu, aby mohly být později referencovány a spárovány s pachy, které platforma může naučit v budoucnu. Vzhledem k tomu, že naše platforma je spojena se všemi našimi zařízeními v terénu, jsme také vyvinuli silné síťové efekty, kde je kontinuální, kolektivní proces učení mezi zařízeními. Jinými slovy, jedno zařízení může naučit interpretovat nový pach z poznatků získaných na zcela jiném zařízení.

Jaké jsou některé z různých použití digitálních pachových značek ve výrobě?

Člověk může snadno začít vidět, jak téměř jakýkoli průmysl by mohl získat masivní výhody z digitalizace čichu. Ve výrobě existují některé jasně cenné použití, zejména ty, které souvisejí se zlepšením bezpečnosti a zajištěním souladu s předpisy. Představte si, že můžete detekovat hořící drát ve vašem stroji pouze z pachů, které jsou uvolňovány, a jako výsledek máte možnost zastavit operace, než dojde k požáru, nebo si představte, že můžete kontinuálně sledovat kolekci par, aby jste identifikovali okamžik, kdy jejich koncentrace vzroste nad práh HS&E, aby jste vyklidili a vyvětrali oblast.

Jak je tato technologie aktuálně používána v potravinářském průmyslu?

Naše technologie není aktuálně používána v potravinářském průmyslu, ale existuje mnoho potenciálních aplikací v potravinářském řetězci, kde by mohla být nasazena. Jako příklad se podívejme na čerstvost potravin. Co kdyby vaše lednička mohla detekovat, které potraviny byly vloženy, a poté předpovědět, kolik času zbývá, než každá z nich zkazí? Toto stejné řešení by mohlo být také aplikováno na obchody s potravinami a restaurace, které společně s domovy představují více než 80 % potravin, které jsou každoročně vyhozeny – problém v hodnotě 400 miliard dolarů pouze ve Spojených státech.

Jedním z interessantních použití je detekce virů, můžete specifikovat, jak to funguje?

Lidské tělo emituje určité pachové biomarkery, nebo volatile organické sloučeniny (VOC), jako fyziologickou odpověď na infekci. Tento jev však není omezen pouze na virovou infekci. Tyto VOC, které mohou být emitovány z našeho dechu nebo kůže, mohou indikovat přítomnost různých klinických stavů nebo onemocnění. Pokud si představíte „zdravotní dýchací analyzátor“, který může s jedním dechem potenciálně detekovat malárii, tuberkulózu, diabetes a další stavy v jejich raných stádiích, můžete snadno ocenit dopad, který naše technologie může mít na schopnost podniknout včasnou akci a zlepšit výsledky pacientů. Právě touto vizí se zabýváme právě teď s několika partnery, včetně nadace Bill & Melinda Gates a Montreal Heart Institute, mezi ostatními. Jako společnost jsme našli svůj smysl a nemohli bychom být více nadšeni prací, kterou děláme, a významným dopadem, který by mohla mít.

Jaká je vaše vize pro budoucnost digitálního rozpoznávání čichu?

Digitální platforma pro čich Noze je mocným nástrojem, který digitalizoval čich. Za posledních 8 let jsme tuto technologii zdokonalili, aby fungovala mimo kontrolované laboratorní prostředí. Postavili jsme několik řešení pro detekci nebo sledování pachu pro každodenní scénáře, kde naše řešení fungovala robustně navzdory výzvám spojeným s každým z nich. Dnes je naším cílem aplikovat tuto technologii na elevaci lidského zdraví na zcela novou úroveň. Pouze jsme začali odhalovat, co můžeme interpretovat z volatilních látek, které neustále emitujeme z našeho dechu a kůže. Věříme, že naše platforma může dramaticky změnit zdravotnický status quo digitalizací těchto signatur a korelací jejich přítomnosti s různými zdravotními stavy. To řečeno, detekce pachů z lidského dechu a kůže není bez výzev. Volatily, které nás zajímají, jsou obvykle přítomny spolu s rušivými pozadími, včetně přítomnosti exogenních VOC, vyšších teplot a kondenzující vlhkosti. Každá z těchto charakteristik může ovlivnit detekční přesnost, což z ní činí besonders výzvou postavit spolehlivé a škálovatelné řešení.

Naším cílem pro digitální čich bylo vždy jednoznačné: dodat škálovatelné řešení, které funguje robustně a spolehlivě v reálném světě, ne pouze v laboratoři. Teprve tehdy můžeme skutečně umožnit univerzální přístup ke screeningům a diagnostice, které pomohou zachránit životy a zlepšit zdraví. A dnes jsme na pokraji dodání toho světu.