Karim Aly, Διευθύνων Σύμβουλος της Noze — Σειρά συνεντεύξεων

Ο Karim Aly είναι Διευθύνων Σύμβουλος της Noze, μιας καναδικής εταιρείας τεχνητής νοημοσύνης που έχει αναπτύξει την καλύτερη τεχνολογία στον κόσμο για την ψηφιοποίηση της αίσθησης της όσφρησης. Είναι επικεντρωμένος στην εκτέλεση του οράματος της εταιρείας για τη μεταμόρφωση της υγείας ενδυναμώνοντας τις μηχανές με την ικανότητα να μυρίζουν.

Πριν από τη Noze, ο Karim ίδρυσε ένα από τα πρώτα στούντιο εκκίνησης στον Καναδά σε συνεργασία με ένα από τα μεγαλύτερα πανεπιστήμια της χώρας. Νωρίτερα στην καριέρα του, ήταν ενεργός επιχειρηματίας σε αναδυόμενες αγορές, έχοντας ιδρύσει πολλές εταιρείες τεχνολογίας που επεκτάθηκαν σε πάνω από 20 χώρες στη Μέση Ανατολή και τη Νοτιοανατολική Ασία.

Η σπίθα για την ιδέα της ψηφιακής όσφρησης αρχικά συλλάβηκε το 2014, θα μπορούσατε να μοιραστείτε κάποια εικόνα από αυτές τις πρώτες μέρες;

Βέβαια. Ήταν πραγματικά μια λειτουργία της φυσικής περιέργειας του ιδρυτή και του Διευθυντή Τεχνολογίας μας – Ashok Prabhu Masilamani – όπου ήταν οδηγημένος να κατανοήσει γιατί είχαμε ψηφιοποιήσει επιτυχώς τον ήχο (μικρόφωνο), την όραση (καμερα) και την αφή (απτική), αλλά όχι την όσφρηση. Καθώς εμβάθυνε στο θέμα, άρχισε να κατανοήσει τα βασικά σημεία αποτυχίας που μας είχαν εμποδίσει στην προσπάθεια να ψηφιοποιήσουμε την όσφρηση. Ως επιστήμονας καριέρας, αυτά τα μαθήματα έγιναν ο πυρήνας του οράματος του Ashok για μια νέα εταιρεία· μια που θα αναπτύξει μια πλατφόρμα που θα μπορούσε πραγματικά να φέρει την αντίληψη της όσφρησης στον ψηφιακό κόσμο, και με αυτό, η Noze γεννήθηκε.

Η εταιρεία ξόδεψε τα επόμενα 6 χρόνια καινοτομώντας και τελειοποιώντας το πιο προηγμένο ψηφιακό πλαίσιο αντίληψης της όσφρησης που έχει λύσει πραγματικά την ανίχνευση και τον εντοπισμό της όσφρησης στον πραγματικό κόσμο. Ενώ η τεχνολογία έχει προφανείς εφαρμογές σε διάφορους τομείς από την ατμοσφαιρική ρύπανση έως την επιβολή του νόμου, έχουμε επιλέξει να εστιάσουμε στην εφαρμογή της ψηφιακής πλατφόρμας όσφρησης αποκλειστικά στον τομέα της υγείας. Πράγματι, μόλις ανακοινώσαμε μια $1 εκατομμύριο δωρεά από το Ίδρυμα Bill & Melinda Gates για την ανάπτυξη ενός αναλυτή εκπνεόμενου αέρα για ιατρικό έλεγχο που βασίζεται στην τεχνητή νοημοσύνη και μπορεί να ανιχνεύσει λοιμώξεις όπως η ελονοσία και η φυματίωση μέσω των βιοδεικτών όσφρησης (Πτητικές Οργανικές Ενώσεις) στην εκπνοή. Αυτό θα αλλάξει τα δεδομένα για εκατομμύρια ανθρώπων.

Το 2015, το Εργαστήριο Αεριώθησης της NASA (JPL) είχε μια τεχνολογία που ταίριαζε με το όραμα της ομάδας σας. Ποια ήταν αυτή η τεχνολογία και πώς η ομάδα σας εξασφάλισε αυτό το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας;

Το 2014, το Εργαστήριο Αεριώθησης της NASA είχε αναπτύξει μια καινοτόμο τεχνολογία “ψηφιακή μύτη” για την ανίχνευση πολλαπλών ατμών/αερίων σε διαστημικά οχήματα στο διάστημα. Η NASA επικεντρώθηκε στο να δοκιμάσει αυτή τη δυνατότητα στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS), το οποίο είναι ένα πολύ πιο απαιτητικό περιβάλλον για να “μυρίσει” ατμούς σε σύγκριση με το να μυρίσει στο έδαφος. Είδαμε τεράστια δυνατότητα στις πρώτες γνώσεις τους και αποφασίσαμε να επιταχύνουμε το ταξίδι μας εξασφαλίζοντας μια αποκλειστική άδεια για τα έξι διπλώματα ευρεσιτεχνίας που κατείχε το JPL στον ψηφιακό χώρο της μύτης. Από τότε, έχουμε εξελίξει και βελτιώσει δραματικά την τεχνολογία ψηφιακής μύτης του JPL προσθέτοντας ιδιοκτησιακές στρώσεις μηχανικής δεδομένων αρωμάτων και αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης, για να εκκινήσουμε το πιο ισχυρό ψηφιακό πλαίσιο αντίληψης της όσφρησης.

Ποια είναι οι διαφορετικές τεχνολογίες μηχανικής μάθησης που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενός μοναδικού ψηφιακού αποτυπώματος όσφρησης;

Η παραγωγή ενός ερμηνεύσιμου ψηφιακού αποτυπώματος όσφρησης στην πραγματικότητα απαιτεί πολύ περισσότερα από τη μηχανική μάθηση. Στη Noze, συνειδητοποιήσαμε από νωρίς ότι η ψηφιακή όσφρηση πρέπει να θεωρηθεί ως ένα πλαίσιο, ένα που είναι παρόμοιο με το οσφρητικό σύστημα των θηλαστικών. Στα θηλαστικά, το μπροστινό μέρος του οσφρητικού συστήματος είναι μια ποικιλία από οσφρητικούς υποδοχείς. Για να μιμηθούμε αυτούς τους οσφρητικούς υποδοχείς, κατασκευάσαμε ένα chip αισθητήρα με μια ποικιλία από χημικούς υποδοχείς. Όταν μια όσφρηση εισαχθεί στους οσφρητικούς υποδοχείς των θηλαστικών, παράγουν έναν μοναδικό νευρικό κώδικα, και με παρόμοιο τρόπο, όταν μια όσφρηση περάσει πάνω από το συστοιχία χημικών υποδοχέων μας, παράγει ένα μοναδικό “ψηφιακό αποτύπωμα όσφρησης”.

Το αισθητήριο μπροστινό μέρος του ψηφιακού πλαισίου όσφρησης είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου. Υποστηρίζεται από μια καλά επιμελημένη ψηφιακή βιβλιοθήκη στο υπολογιστικό νέφος οσφρήσεων και έναν μηχανισμό ικανό να αντιλαμβάνεται χημικά χαρακτηριστικά τεχνητής νοημοσύνης. Η μαγεία συμβαίνει όταν όλα τα κομμάτια λειτουργούν μαζί σε αρμονία.

Θα μπορούσατε να συζητήσετε τους αλγορίθμους που χρησιμοποιούνται για την ερμηνεία των αποτυπωμάτων όσφρησης;

Για να ερμηνεύσουμε μια όσφρηση, πρέπει να δημιουργήσουμε ένα σύνολο δεδομένων ψηφιακών αποτυπωμάτων όσφρησης για αυτήν την όσφρηση. Ανακαλύψαμε ότι το σύνολο δεδομένων όσφρησης που κατασκευάστηκε από το chip αισθητήρα της Noze περιέχει πλούσια χημική σημασιολογική πληροφορία που αντιπροσωπεύεται με τη μορφή των manifold. Στο κόσμο της υπολογιστικής όρασης, η χρήση τεχνικών μάθησης manifold είναι μια δημοφιλής προσέγγιση. Ωστόσο, αντίθετα με την υπολογιστική όραση που είναι ένα τομέα πλούσιο σε δεδομένα, ο κόσμος της ψηφιακής όσφρησης είναι φτωχός σε δεδομένα. Έτσι, το εργαλείο τεχνητής νοημοσύνης μας εφαρμόζει μια ποικιλία από καινοτόμες προσεγγίσεις όπως η meta-μάθηση, η few-shot μάθηση και η μάθηση manifold στα ειδικά διαμορφωμένα σύνολα δεδομένων οσφρήσεων.

Ένα πραγματικό αποτύπωμα όσφρησης μιας οσφρήσεως θα περιέχει όλον τον σχετικό θόρυβο υποβάθρου που θα παρεμβαίνουν συνήθως στην σωστή ερμηνεία. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα ιδιοκτησιακά μας σύνολα δεδομένων είναι προσεκτικά επιμελημένα, κατασκευασμένα χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό σημείων δεδομένων που αντιπροσωπεύουν οσμές υποβάθρου (θόρυβο) καθώς και σημεία δεδομένων που αντιπροσωπεύουν την ίδια την όσφρηση. Αυτό μας επιτρέπει να εκπαιδεύσουμε τους αλγορίθμους μας να αναγνωρίζουν και να απορρίπτουν τον θόρυβο, ενώ ερμηνεύουν σωστά το εισερχόμενο αποτύπωμα.

Θα μπορούσατε να συζητήσετε την cloud-πλατφόρμα της Noze και τη διαδικασία για την προσθήκη νέων οσφρήσεων και πόσο μεγάλη είναι η βιβλιοθήκη των αποτυπωμάτων όσφρησης;

Η cloud-πλατφόρμα μας IoT φιλοξενεί τη ψηφιακή βιβλιοθήκη οσφρήσεων και τον μηχανισμό τεχνητής νοημοσύνης που αντιλαμβάνεται τις οσμές. Η βιβλιοθήκη μας αποτελείται από δύο τύπους συνόλων δεδομένων· ένα που είναι ενεργά σχεδιασμένο για να δημιουργήσει αποτυπώματα οσφρήσεων για επιλεγμένες οσμές και οσμές υποβάθρου, και ένα που είναι παθητικά δημιουργημένο από τη συνεχιζόμενη δειγματοληψία που λαμβάνει χώρα από τις συσκευές στο πεδίο που περιέχουν το chip αισθητήρα μας. Αυτά τα παθητικά δειγματοληπτικά αποτυπώματα οσφρήσεων επιμελούνται και αποθηκεύονται στη βιβλιοθήκη μας οσφρήσεων, ώστε να μπορούν να αναφερθούν πίσω και να ταιριάξουν με οσφρήσεις που η πλατφόρμα μπορεί να μάθει στο μέλλον. Δεδομένου ότι η πλατφόρμα μας είναι συνδεδεμένη με όλες τις συσκευές μας στο πεδίο, έχουμε επίσης αναπτύξει ισχυρά δικτυακά αποτελέσματα, όπου υπάρχει μια συνεχής, συλλογική διαδικασία μάθησης μεταξύ συσκευών. Με άλλα λόγια, μια συσκευή μπορεί να μάθει να ερμηνεύει μια νέα όσφρηση από τα μαθήματα που αποκτήθηκαν σε μια εντελώς διαφορετική συσκευή.

Έχουμε λάβει μια θεμελιώδη απόφαση να εστιάσουμε στην κατασκευή υψηλής ποιότητας αποτυπωμάτων οσφρήσεων που μπορούν να ενεργοποιήσουν σημαντικές περιπτώσεις χρήσης. Η πεποίθησή μας είναι ότι η επιτυχία στην ψηφιακή όσφρηση δεν είναι απλώς ένα παιχνίδι αριθμών, αλλά θα είναι εστιασμένη στην οικονομική και κοινωνική αξία που μπορεί να απελευθερωθεί από τη βασική βιβλιοθήκη οσφρήσεων. Αυτό που λέμε, η ιδιοκτησιακή μας βιβλιοθήκη σήμερα περιέχει πάνω από 100 καλά επιμελημένα αποτυπώματα οσφρήσεων, που τροφοδοτούνται από σχεδόν 100 εκατομμύρια σημεία δεδομένων.

Ποια είναι κάποιες από τις διαφορετικές περιπτώσεις χρήσης για ψηφιακά αποτυπώματα οσφρήσεων στη βιομηχανία;

Μπορείτε να φανταστείτε πώς σχεδόν κάθε βιομηχανία θα μπορούσε να εξαγάγει τεράστια οφέλη από την ψηφιοποίηση της αίσθησης της όσφρησης. Στη βιομηχανία, υπάρχουν κάποιες σαφώς πολύτιμες περιπτώσεις χρήσης, ιδιαίτερα αυτές που σχετίζονται με τη βελτίωση της ασφάλειας και την εξασφάλιση της συμμόρφωσης με τους κανονισμούς. Φανταστείτε να μπορείτε να ανιχνεύσετε ένα καίγοντα καλώδιο στη μηχανή σας απλώς από τις οσφρήσεις που απελευθερώνονται και ως αποτέλεσμα να έχετε την ευκαιρία να σταματήσετε τις εργασίες πριν ξεσπάσει μια πυρκαγιά, ή φανταστείτε να μπορείτε να παρακολουθήσετε συνεχώς μια συλλογή από ατμούς παραπροϊόντων για να αναγνωρίσετε τη στιγμή που η συγκέντρωσή τους αυξάνεται πάνω από το όριο HS&E, ώστε να εγκαταλείψετε και να αερίσσετε την περιοχή.

Η μοναδική μας ικανότητα να διαφοροποιούμε σήματα οσφρήσεων από θόρυβο είναι αυτό που μας επιτρέπει να καθορίσουμε ότι η όσφρηση προέρχεται πραγματικά από ένα καλώδιο που καίγεται και όχι, για παράδειγμα, από καπνό τσιγάρου ή από ένα ζεστό φλιτζάνι καφέ. Η αποφυγή ψευδών θετικών αποτελεσμάτων που οφείλονται σε άλλες οσμές «υποβάθρου» είναι κρίσιμη, και μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις, για την επιτυχημένη εμπορική εκμετάλλευση μιας ψηφιακής πλατφόρμας όσφρησης.

Πώς χρησιμοποιείται αυτή η τεχνολογία σήμερα όταν πρόκειται για τροφή;

Ενώ η τεχνολογία μας δεν χρησιμοποιείται τώρα στην βιομηχανία τροφίμων, υπάρχουν πολλές πιθανές εφαρμογές σε όλη την αλυσίδα εφοδιασμού της τροφής όπου θα μπορούσε να αναπτυχθεί. Για παράδειγμα, ας δούμε την φρεσκάδα της τροφής. Τι αν το ψυγείο σας μπορούσε να ανιχνεύσει ποια τρόφιμα τοποθετήθηκαν μέσα και στη συνέχεια να προβλέψει πόσο χρόνο έχει απομείνει πριν κάθε ένα από αυτά χαλάσει; Αυτή η ίδια λύση θα μπορούσε επίσης να εφαρμοστεί σε σούπερ μάρκετ και εστιατόρια, τα οποία, μαζί με τα σπίτια, αντιπροσωπεύουν πάνω από το 80% της τροφής που πηγαίνει στα σκουπίδια κάθε χρόνο – ένα πρόβλημα 400 δισεκατομμυρίων δολαρίων στις Ηνωμένες Πολιτείες μόνο.

Από μια εντελώς διαφορετική οπτική, η ψηφιακή όσφρηση μπορεί επίσης να βοηθήσει στην αυτοματοποίηση της διαδικασίας μαγειρέματος παρακολουθώντας την όσφρηση ενός πιάτου ή συνταγής από την αρχή μέχρι το τέλος, ώστε να δώσει εντολές στον σεφ (ή να αυτοματοποιήσει μια συσκευή) με οδηγίες για τι να κάνει σε κάθε βήμα. Πραγματικά, κατασκευάσαμε ένα demo όπου εκπαιδεύσαμε τον AI μας στην ολοκληρωμένη διαδικασία μαγειρέματος ενός κομματιού κοτόπουλου σε ένα εσωτερικό γκριλ. Μπορέσαμε να δώσουμε εντολή στο χρήστη για πότε το γκριλ ήταν επαρκώς ζεστό για να προσθέσει το κοτόπουλο, πότε να το γυρίσει και πότε να το αφαιρέσει από το γκριλ, ώστε να τελειώσει με ένα τέλειο κοτόπουλο.

Μια ενδιαφέρουσα περίπτωση χρήσης είναι η ανίχνευση ιών, θα μπορούσατε να εξηγήσετε πώς λειτουργεί αυτό;

Ο ανθρώπινος οργανισμός εκκρίνει συγκεκριμένους οσφρητικούς βιοδείκτες, ή Πτητικές Οργανικές Ενώσεις (VOCs), ως μια φυσιολογική απόκριση στην μόλυνση. Αυτό το φαινόμενο ωστόσο δεν είναι περιορισμένο μόνο στην ιογενή μόλυνση. Αυτές οι VOCs, οι οποίες μπορούν να εκκρινθούν από την αναπνοή μας ή το δέρμα μας, μπορούν να υποδείξουν την παρουσία διαφόρων κλινικών καταστάσεων ή ασθενειών. Αν σκεφτείτε ένα “αναλυτή εκπνεόμενου αέρα για ιατρικό έλεγχο” που μπορεί, με μία μόνο εκπνοή, να ανιχνεύσει πιθανώς την ελονοσία, τη φυματίωση, το διαβήτη και άλλες καταστάσεις στις πρώτες φάσεις, μπορείτε εύκολα να εκτιμήσετε την επίδραση που η τεχνολογία μας μπορεί να έχει στην ικανότητα να λάβουμε έγκαιρες ενέργειες και να βελτιώσουμε τα αποτελέσματα των ασθενών. Είναι ακριβώς αυτό το όραμα που υλοποιούμε τώρα με πολλούς συνεργάτες, συμπεριλαμβανομένων του Ιδρύματος Bill & Melinda Gates και του Ινστιτούτου Καρδιάς του Μόντρεαλ, μεταξύ άλλων. Ως εταιρεία, αυτό είναι όπου βρήκαμε τον σκοπό μας, και δεν μπορούμε να είμαστε πιο ενθουσιασμένοι και με το έργο που κάνουμε και την σημαντική επίδραση που θα μπορούσε να έχει.

Ποιο είναι το όραμά σας για το μέλλον της αναγνώρισης ψηφιακής όσφρησης;

Η ψηφιακή πλατφόρμα όσφρησης της Noze είναι ένα ισχυρό εργαλείο που έχει ψηφιοποιήσει την αίσθηση της όσφρησης. Τα τελευταία 8 χρόνια, έχουμε τελειοποιήσει αυτή τη τεχνολογία για να λειτουργήσει έξω από ελεγχόμενα εργαστηριακά περιβάλλοντα. Έχουμε κατασκευάσει πολλές λύσεις ανίχνευσης ή εντοπισμού οσφρήσεων για καθημερινές καταστάσεις, όπου οι λύσεις μας έχουν λειτουργήσει με ανθεκτικότητα παρά τις προκλήσεις που συνδέονται με κάθε μια. Σήμερα, ο στόχος μας είναι να εφαρμόσουμε αυτή τη τεχνολογία για να ανυψώσουμε την ανθρώπινη υγεία σε ένα εντελώς νέο επίπεδο. Έχουμε μόλις αγγίξει την επιφάνεια του τι μπορούμε να ερμηνεύσουμε από τις πτητικές ενώσεις που εκκρίνουμε συνεχώς από την αναπνοή και το δέρμα μας. Πιστεύουμε ότι η πλατφόρμα μας μπορεί να αλλάξει δραματικά την κατάσταση της υγείας ψηφιοποιώντας αυτές τις υπογραφές και συσχετίζοντας την παρουσία τους με διάφορες καταστάσεις υγείας. Αυτό που λέμε, η ανίχνευση οσφρήσεων από την ανθρώπινη αναπνοή και το δέρμα δεν είναι χωρίς προκλήσεις. Οι πτητικές ενώσεις που μας ενδιαφέρουν είναι συνήθως παρόντες μαζί με παράγοντες υποβάθρου που δυσχεραίνουν την αναγνώριση, συμπεριλαμβανομένης της παρουσίας εξωγενών VOCs, υψηλότερων θερμοκρασιών και συμπυκνωμένης υγρασίας. Κάθε μια από αυτές τις ιδιότητες μπορεί να επηρεάσει την ακρίβεια ανίχνευσης, που την καθιστά ιδιαίτερα απαιτητική να κατασκευάσουμε μια αξιόπιστη και κλιμακωτή λύση.

Αντιστοίχως, το όραμά μας για την ψηφιακή όσφρηση ήταν πάντοτε σαφές: να παραδώσουμε μια κλιμακωτή λύση που λειτουργεί με ανθεκτικότητα και αξιόπιστα στον πραγματικό κόσμο, όχι μόνο στο εργαστήριο. Είναι μόνο τότε που μπορούμε πραγματικά να ενεργοποιήσουμε την παγκόσμια πρόσβαση σε έλεγχο και διαγνωστική που θα βοηθήσει να σώσει ζωές και να βελτιώσει την υγεία. Και σήμερα, είμαστε πολύ κοντά στο να το προσφέρουμε στον κόσμο.