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r/singularity 44일 전

초음파로 냄새를 인위적으로 유발하는 혁신 기술

IMP
7/10
핵심 요약

초음파를 이용해 화학 카트리지 없이 냄새를 유발하는 새로운 장치가 개발되었습니다. 이 장치는 코가 아닌 뇌의 후구(olfactory bulb)를 직접 자극하여 가상 현실(VR) 경험을 한 차원 높일 가능성을 보여줍니다. 전통적인 화학物质 기반 방식의 한계를 극복한 이 연구는 냄새 재현 기술의 혁신을 가져올 수 있습니다.

번역된 본문

한 독립 연구진이 초음파를 사용하여 인공적으로 냄새를 유발할 수 있는 장치를 개발했으며, 소모성 카트리지가 필요하지 않습니다. 현재의 가상 현실(VR)은 시각과 청각 자극에 집중하고 있으며, 사용하는 액세서리에 따라 제한적인 촉각 피드백을 제공할 뿐, 다른 감각은 거의 다루지 않고 있습니다. 매우 틈새시장을 제외하면, 오늘날의 기술로 아직 구현하지 못한 감각 중 하나가 바로 후각입니다.

과학자들은 후각을 가장 원초적인 감각으로 설명합니다. 후각 신경은 다른 감각들이 거치는 고차원적인 대뇌피질을 우회하여 대뇌변연계(limbic system)에 직접 연결되기 때문입니다. 대뇌변연계에는 기억이 형성되는 해마(hippocampus)가 포함되어 있는데, 이것이 바로 냄새가 종종 훨씬 더 생생하게 오래된 기억을 떠올리게 하는 이유입니다. 시각적 튜링 테스트(Visual Turing Test)가 결국 통과된다 하더라도, 가상 세계에서 나야 할 냄새가 완전히 결여된 채 여전히 자신이 있는 물리적 방의 냄새만 맡고 있다면 잠재의식은 결코 자신이 다른 장소에 있다고 진정으로 느끼지 못할 것이라고 주장할 수 있습니다.

수년 동안 이 문제를 해결하려는 많은 시도가 있었습니다. 유명하게도, 현대의 가상 현경보다 훨씬 이른 1950년대에 'Smell-O-Vision' 및 'AromaRama'라는 브랜딩을 갖춘 시스템들이 영화관에 냄새를 도입하려 했지만 평가가 매우 좋지 않아 단명했습니다. 다만 최근 일부 '4D 영화관'에서 소수의 영화를 위해 비슷한 시도를 다시 시작했습니다. 2016년 오큘러스 리프트(Oculus Rift)와 HTC 바이브(Vive)의 출시로 촉발된 VR 붐에 편승하여, Feelreal 및 Vaqso를 포함한 여러 스타트업이 헤드셋용 클립온 액세서리로 냄새를 VR에 대중화하려고 시도했지만, 일부 틈새 의료 용도를 제외하고는 모두 실패했습니다.

이러한 모든 시도가 실패한 이유는 향기가 담긴 액체 카트리지 등을 통해 코를 향해 화학 물질을 물리적으로 방출하는 방식에 의존했기 때문입니다. 이러한 방식은 전자담배와 동일한 엄격한 규제 환경에 놓이게 만들어 상당한 법적 장애물을 초래할 뿐만 아니라, 사용자가 지속적으로 리필을 구매해야 하고 표현할 수 있는 냄새가 본질적으로 제한되며, 일부 냄새는 너무 오래 남아 있는 문제가 있습니다. 이는 냄새가 가상 현실의 대중적인 일부가 되기에 결코 실용적인 접근 방식이 아닙니다.

바로 이것이 소규모 독립 연구진의 새로운 접근 방식이 매우 유망하고 혁신적으로 보이는 이유입니다. '새로운'이라고 말할 때, 이 팀이 지난 11월에 이를 처음 발표했다는 점을 분명히 밝혀야 하지만, 그럼에도 불구하고 여러분의 주목을 끌 만한 가치가 충분하다고 생각합니다. 네 명으로 구성된 연구팀은 레브 치조프(Lev Chizhov), 알버트 옌-후앙(Albert Yan-Huang), 토마스 리베이로(Thomas Ribeiro), 아유쉬 굽타(Aayush Gupta)입니다. 치조프는 수학과 물리학 배경을 가진 신경과학 기술 기업가이고, 옌-후앙은 계산 및 신경 시스템 배경을 가진 캘리포니아 공과대학(Caltech)의 연구원이며, 리베이로와 굽타는 소프트웨어 엔지니어링 및 AI 전문 지식을 가진 공동 연구원입니다.

이 장치는 코를 전혀 겨냥하는 대신, '두개골을 통과하는 집속 초음파(focused ultrasound)'를 사용하여 뇌의 후구(olfactory bulb)를 직접적으로 겨냥합니다. 연구진은 자신들이 아는 한 동물실험을 포함해 이전에 이런 시도를 한 사람이 아무도 없다고 말합니다. 후구를 겨냥하는 데 있어서의 어려움은, 그것이 코의 상단 뒤쪽 깊숙이 묻혀 있고 코는 방출기(emitter)를 위한 평평한 표면을 제공하지 않는다는 것입니다. 또한 초음파는 공기 중에서 잘 전달되지 않습니다.

연구진이 생각해 낸 해결책은 '안정성과 일반적인 편안함을 위해 단단하고 젤리 같은 패드'를 대신 이마에 부착하고, 초음파를 아래쪽으로 향하게 하여 후구를 향하게 하는 것이었습니다. 최적의 배치를 결정하기 위해 그들은 팀원 중 한 명의 두개골 MRI를 사용하여 '방출기가 어디를 향할지, 그리고 초음파 파동이 실제로 집중되는 초점 영역(focal region)이 후구(자극의 대상)와 어떻게 일치하는지 대략적으로 결정'했습니다. 우리는 '이마 바로 아래에 초점을 맞추고 아래쪽으로 후구를 향해 기울어진 저주파 초음파'에서 최적의 '스윗 스팟(sweet spot)'을 발견했습니다. 구체적으로는 다음과 같습니다:

• 300 kHz 주파수 (두개골을 잘 통과할 수 있을 만큼 낮음) • 초점...

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원문 보기 (영어)
A group of independent researchers built a device that can artificially induce smell using ultrasound, with no consumable cartridges required. Current virtual reality is focused on stimulating your vision and hearing, with some limited haptics depending on exactly what accessories you're using, leaving your other senses untouched. One such sense not addressed with today's technology, with extremely niche exceptions, is smell. Scientists describe smell as the most primal sense, with the olfactory nerve directly connecting to your limbic system, bypassing your higher-level cerebral cortex that other senses pass through first. The limbic system includes the hippocampus, where memories are formed, which is why smell can often trigger vivid recall of old memories in a far more visceral way. One could argue that even when the Visual Turing Test is eventually passed, your subconscious won't truly feel like it's in another place if you're still smelling the physical room you're in, with the smells that should be coming from the virtual world entirely absent. There have been many attempts to solve this over the years. Famously, long before modern virtual reality, in the 1950s, systems with branding like "Smell-O-Vision" and "AromaRama" wanted to bring smell to theaters, with very poorly received results, leaving them short-lived, though recently some "4D cinemas" have started doing the same for a few films. Riding the VR hype wave spawned by the launch of the Oculus Rift and HTC Vive in 2016, multiple startups tried to bring smell to VR as a widespread clip-on accessory for headsets, including Feelreal and Vaqso , but all of them failed, beyond some niche medical use cases. The reason all these attempts failed is that they relied on physically emitting chemicals towards your nose, typically from aromatic liquid cartridges. As well as putting them in the same strict regulatory space as e-cigarettes, presenting significant legal roadblocks, this also requires the user to continuously buy refills, inherently limits which smells can be represented, and means that some smells will linger far too long. It's simply not a viable approach for smell to become a widespread part of virtual reality. That's why the new approach of a small group of independent researchers seems so promising and is arguably revolutionary. When I say "new", I should be clear that the team first presented this in November, but we think it's more than worth bringing to your attention regardless. The team of four are Lev Chizhov, Albert Yan-Huang, Thomas Ribeiro, Aayush Gupta. Chizhov is a neurotech entrepreneur with a background in math and physics, Yan-Huang is a researcher at Caltech with a background in computation and neural systems, and Ribeiro and Gupta are co-researchers on the project with software engineering and AI expertise. Instead of targeting your nose at all, the device directly targets the olfactory bulb in your brain with "focused ultrasound through the skull". The researchers say that as far as they're aware, no one has ever done this before, even in animals. A challenge in targeting the olfactory bulb is that it's buried behind the top of your nose, and your nose doesn't provide a flat surface for an emitter. Ultrasound also doesn't travel well through air. The solution the researchers came up with was to place the emitter on your forehead instead, with a "solid, jello-like pad for stability and general comfort", and the ultrasound directed downward towards the olfactory bulb. To determine the best placement, they say they used an MRI of one of their skulls to "roughly determine where the transducer would point and how the focal region (where ultrasound waves actually concentrate) aligned with the olfactory bulb (the target for stimulation)". We found our “sweet spot” to be low-frequency ultrasound focused right below the forehead and angled downward toward the bulbs. Specifically: • 300 kHz frequency (low enough to penetrate the skull well) • Focal depth of about 39 mm (where the ultrasound energy converged beneath the forehead) • 50–55° steering angles (to point the focus down toward the bulbs) • 5-cycle pulses at a 1200 Hz repetition rate (short, rapidly repeating bursts) According to the researchers, they were able to induce the sensation of fresh air "with a lot of oxygen", the smell of garbage "like few-day-old fruit peels", an ozone-like sensation "like you're next to an air ionizer", and a campfire smell of burning wood. "We distinguish between a smell and a sensation here because, subjectively, they feel different. The smells are strong and localized to the noise, almost like you could sniff around and find the source. The sensations are more diffuse: a weak, slow-onset impression of a smell, often paired with other (likely placebo) feelings, such as a light tingling on the face. Both smells and sensations are strongest on a light in-breath, so we tested by sitting there, with a probe to the forehead, mildly sniffing. Sometimes there is a slight waft of a smell that comes on over a few breaths, and sometimes it just hits you. The first time Albert smelled the garbage, he jerked his eyes open thinking a garbage truck just drove in!" While technically head-mounted, the current device does require being held up with two hands. But as with all such prototypes, it likely could be significantly miniaturized. Fascinatingly, but somewhat outside our purview, the researchers also speculate that their approach could be used for far more than VR. Current functional BCI (brain computer interface) systems are squarely focused on reading from the brain. This approach, technically sending signals to the brain, falls into the realm of writing to the brain non-invasively – the stuff of science fiction. While admitting that the idea is "speculative", they suggest that a more advanced implementation of their approach might be able to go far further than smell, given the olfactory bulb's direct connection to key regions of the brain. In a far less theoretical future though, the approach explored by these researchers could allow future headsets to induce smells without refills. While it's unlikely that anyone in the consumer space will find the cost of this worth it any time soon, it's not out of the question that an enterprise headset maker could tackle this in coming years – something we'll keep a close eye out for.