‘Digital smell’ technology could let us transmit odors in online chats
“It’s not just about the smell. It is part of a whole, integrated virtual reality or augmented reality.”
Researchers in Malaysia want to develop technology that would allow people to send scents as easily as they send emails and texts. PeopleImages / Getty Images
Having a video chat with a friend or colleague is all about seeing and hearing — at least for now. But experiments conducted recently in Malaysia suggest it may be possible to develop “electric smell” technology capable of conveying odors as well as sights and sounds.
The research is preliminary and not without its critics. But if electric smell pans out, long-distance conversations could one day be far more immersive — enabling you to share with a loved one the aroma of a meal you just prepared, for example, or letting you catch a whiff of the sea from your sister’s beach vacation.
“It’s not just about the smell,” said Adrian Cheok, one of the scientists behind the experiments. “It is part of a whole, integrated virtual reality or augmented reality. So, for example, you could have a virtual dinner with your friend through the internet. You can see them in 3D and also share a glass of wine together.”
EVOKING VIRTUAL ODORS
In real life, odors are transmitted when airborne molecules waft into the nose, prompting specialized nerve cells in the upper airway to fire off impulses to the brain. In the recent experiments, performed on 31 test subjects at the Imagineering Institute in the Malaysian city of Nusajaya, researchers used electrodes in the nostrils to deliver weak electrical currents above and behind the nostrils, where these neurons are found.
The researchers were able to evoke 10 different virtual odors, including fruity, woody and minty.
Researchers at the Imagineering Institute in Malaysia use electricity, which they applied up the nose through electrodes, to stimulate nerves called olfactory receptors. –Imagineering Institute
The scientists couldn’t control which odors the subjects experienced, and they’re under no illusion that people will want to stick wires up their nostrils each time they have a video chat.
But Cheok, who is also the institute’s director as well as a professor at the City University of London, foresees a day when odors might be sensed by a sort of electronic nose (similar devices are now used in food-processing plants), sent in digital form over the internet and delivered to the recipient not via wires in the nose but via electrode-studded glasses or goggles.
“This stage was more exploratory,” Cheok said of the research. “The next stage is to produce it in a more controlled manner, and this will allow for people to develop software and products to generate electric smell.”
Cheok said it might take decades before the sorts of devices he envisions are ready to use. But he thinks devices that convey pre-programmed odors for entertainment applications — for example, to give moviegoers the generic scent of burnt rubber as they watch a car chase in an action movie — might be available sooner, perhaps within 15 years.
Electric smell technology could find applications beyond entertainment and personal communications. If it does prove feasible, it might be used to restore a sense of smell in people who have lost it as a result of illness, injury or inborn abnormality, said Joel Mainland, an olfactory neuroscientist at the Monell Chemical Senses Center in Philadelphia.
“I think there are medical implications for a certain class of people who have lost their sense of smell, but not everybody,” Mainland said.
A FLAWED STUDY?
Mainland added that it should be at least theoretically possible to evoke specific odors via electrical stimulation. He compared this approach to cochlear implants, which electrically stimulate the nerve that carries sound signals to the brain to restore limited hearing to deaf people. “It’s not a natural stimulation,” he said of cochlear implants. “It seems like it shouldn’t work.”
It’s possible a smell-restoring device could function in a similar manner, he said. “If you start playing something that is correlated to smells that are coming in, people’s brains will be able to decode what is going on.”
But Mainland is critical of the Malaysian study, saying it’s possible that the smells the subjects reported may not have been produced by electricity. “I can give you an empty jar to sniff when you don’t have anything up your nose, and sometimes you would report a faint odor,” he said in an email. “If you are asking someone if something smells, they have a strong bias to say yes even where there is no odor.”
The study failed to account for this possibility, he said.
What would inspire someone to painstakingly craft an inch-and-a-half-long burrito using dental tools? A hamster, of course. In the viral YouTube video “Tiny Hamster Eating Tiny Burritos,” a man prepares a chicken and single black bean burrito, then serves it to the rodent waiting at a jam-jar table. The diner pulls the burrito off a poker-chip plate and stuffs the entire thing into its mouth, cheeks puffed as if in satisfaction. It’s amazing.
Videos like this are shared all over the internet, with miniature birthday celebrations, romantic dates, and tiki parties starring cherubic animals in unlikely situations. The clips have accumulated millions of views. So why do we find these tiny tableaus so satisfying? In part, it’s because we’re engineered to appreciate the smaller things in life.
The protagonist is typically a small animal with a big head and big eyes, features collectively known as “baby schema”—a phrase coined in a 1943 paper by Austrian ethologist Konrad Lorenz. Human infants are the prototypical embodiment of baby schema. Because our babies are so helpless, Lorenz proposed, we evolved to find these characteristics cute so we’ll instinctually want to take care of them. This response helps our species survive. In fact, the power of baby schema is so strong, we’re even attracted to other beings with these traits.
“We’re not robots or computers,” says Adrian David Cheok, director of the Imagineering Institute in Malaysia, who has studied Kawaii, a culture prevalent in Japan that celebrates the adorable side of life. “Not only do we find other people’s children cute, we also find other animals cute, like puppies or kittens, because they have similar features to human babies.”
Research bears this out. Dozens of studies show that the smaller and more stereotypically “baby” a human or animal looks, the more we want to protect it. One investigation found that seeing pictures of baby animals makes us smile, while another discovered that photos of human infants trigger the nucleus accumbens, a brain region implicated in the anticipation of a reward. There’s even evidence that cute things help us concentrate and perform tasks better, theoretically because they sharpen the focus of our attention on the recipients of our care.
Our response to baby schema is so strong that it also spills out toward inanimate objects. In a 2011 study, researchers tweaked images of cars to make them embody the baby schema, with huge headlights and smaller grilles to reflect infants’ big eyes and small noses. College students smiled more at pictures of the baby-faced autos, finding them more appealing than the unaltered versions.
Mimicking chubby-cheeked critters to make goods more attractive might help sell cars, but not all little creatures have features manufacturers should imitate. Some small animals don’t exactly inspire our cuddle reflex—who wants to caress a cockroach? That’s partly because these beasties display traits (bitty heads, large bodies, and beady eyes) that don’t fit the baby schema. Sure, some people have a soft spot for “ugly cute” animals, including some species of spiders, but these still fall on Lorenz’s spectrum with big, bright peepers.
What about the things we squee over that don’t have eyes at all? Think of that darling burrito. What it lacks in a face, it makes up for in sheer artistry. “When you’re looking at [things] and seeing them as cute because they’re small, you’re also seeing them as cute because they’re cleverly made,” says Joshua Paul Dale, a faculty member at Tokyo Gakugei University and co-editor of the book The Aesthetics and Affects of Cuteness.
It makes sense then that the original meaning of “cute” was “clever or shrewd.” Simply put, we appreciate the craftsmanship of small things—it’s more difficult to make a burrito the size of a thumb than one as big as your forearm. A man examining his finished creation for flaws with a dentist’s mirror definitely meets that innovative criteria.
These tiny, carefully made items may also bring us joy because they make us want to play. Psychologists Gary Sherman and Jonathan Haidt theorize that cuteness triggers not just a protective impulse, but also a childlike response that encourages fun. To them, the desire to engage with cute things stems from our need to socialize children through play—an urge we transfer to adorable objects.
Craftsmanship and playfulness definitely factor in to why we find pint-size things so charming, but don’t discount the huge impact of their petite proportions. Miniature scenes make us feel powerful as viewers. Anthropologist Claude Lévi-Strauss suggests in The Savage Mind that we derive satisfaction from minuscule objects because we can see and comprehend them in their entirety, which makes them less threatening. Essentially, tiny towns, toy soldiers, and miniature tea sets make us feel like gods…or Godzillas.
That power, of course, is all in your head. The reason you smile as you build a ship in a bottle or watch videos like “Tiny Birthday for a Tiny Hedgehog” (Look it up. You’re welcome.) is that your brain is taking in the sight of that carefully frosted cake and small spiky body topped with a party hat and sending you mental rewards, causing you to feel formidable, focused, happy, and capable of keeping the weak and vulnerable alive. Yes, it means we are easily dominated by diminutive things, but so what? They’re adorable.
In this episode of the Versatilist, I speak with Adrian Cheok, who is doing some utterly fascinating work with developing technologies to virtually deliver taste and smell.
You can’t smell the food in that review you’re reading on Yelp, but one day you might be able to.
Researchers at the Imagineering Institute in Malaysia are working on creating “digital smell.” One day they want users to be able to smell what they’re seeing when they use their digital devices. Right now, though, the process involves putting a cable up the user’s nose in order to stimulate certain neurons in the nasal passage.
In order to get people to think they were smelling something, the research team needed to deliver electric currents to the olfactory epithelium cells about 7 centimeters above and behind the nostrils. Most of the volunteers reported fragrant or chemical smells, although some also reported fruity, sweet, toasted minty, and woody odors.
The next step is to find a less invasive way to administer the electricity, such as a much smaller cable or by skipping the nose entirely and stimulating the brain instead.
Benvenuti nell’internet degli odori – Abbiamo parlato con i ricercatori che riescono a simulare gli odori con gli stimoli elettrici.
Una delle cose più frustranti di navigare su internet è che gli unici sensi coinvolti sono la vista e l’udito. Spesso però è un vero peccato che il tatto, l’olfatto e il gusto vengano esclusi dal flusso di informazioni digitali da cui siamo raggiunti. Anche questi sensi sono collegati alle emozioni e ai ricordi e contribuiscono a formare la nostra esperienza del mondo — senza contare che la loro inclusione nell’esperienza digitale aprirebbe una grande quantità di applicazioni, da quelle legate al mondo del cibo, fino a quello del sesso virtuale e, sopratutto, potrebbe concedere agli amanti che non hanno la possibilità di vedersi dal vivo di sentirsi più vicini.
Kasun Karunanayaka dell’Imagineering Institute in Malesia sta lavorando alla riproduzione digitale del senso dell’olfatto. Karunanayaka collabora con uno dei ricercatori più importanti in questo campo, Adrian Cheok che dirige l’Imagineering Institute — intervistato già in passato da Motherboard riguardo il suo lavoro per creare un “Internet multisensoriale” — e con la startup giapponese Scentee per realizzare un’app che aggiunge odori alle funzioni dello smartphone. Grazie alla tecnologia che ha elaborato, le persone con disturbi olfattivi potrebbero riacquistare alcune funzioni olfattive, oppure sperimentare esperienze in VR integrate con tecnologie di stimolazione cerebrale per fornire agli utenti un’esperienza sensoriale più ricca.
Uno dei suoi ultimi esperimenti ha l’obiettivo di riprodurre gli odori senza passare attraverso la stimolazione chimica delle cellule olfattive. Il suo team ha creato uno strumento che sfrutta gli stimoli elettrici. Mettendo a contatto degli elettrodi con le cellule dell’epitelio olfattivo che inviano informazioni dal nervo olfattivo al cervello e modificando la quantità e la frequenza degli stimoli elettrici, il suo team è riuscito a riprodurre una serie di sensazioni olfattive. L’obiettivo della sperimentazione è quello di arrivare in futuro a riprodurre gli stimoli raggiungendo direttamente il cervello, senza ficcare un tubo su per il naso della gente, dato che molti dei volontari che hanno partecipato ai test non riuscivano a sopportarlo. Ne ho parlato direttamente con Karunanayaka via mail.
Motherboard: Come funziona la stimolazione elettrica delle cellule nasali? Kasun Karunanayaka: Lo scopo del nostro studio era stimolare elettricamente l’epitelio olfattivo umano e descrivere le sensazioni corrispondenti. La stimolazione elettrica può provocare la depolarizzazione nelle cellule nervose e quindi con un’ampiezza di depolarizzazione sufficiente può indurre delle sensazioni o delle reazioni. Si può affermare che la stimolazione elettrica dei recettori olfattivi può riprodurre alcune sensazioni olfattive allo stesso modo in cui può produrre sensazioni gustative (nella pratica nota come elettrogustometria.)
Cosa si intende per depolarizzazione? Su quali meccanismi biologici si basa il vostro studio? Il naso umano è parte del sistema chemiosensoriale, che aiuta a discriminare una vasta gamma di odori e sapori. Quando le molecole odorose entrano nell’epitelio olfattivo, si legano ai recettori olfattivi. Poi, i recettori olfattivi innescano una serie di segnali all’interno delle cellule che si traducono nell’apertura e chiusura dei canali ionici. Questo aumenta la concentrazione di ioni positivi all’interno delle cellule olfattive (un effetto noto come depolarizzazione). Questo effetto fa sì che le cellule olfattive rilascino pacchetti di segnali chimici chiamati neurotrasmettitori, che danno vita a un impulso nervoso.
Cosa avete capito grazie al vostro studio? Su circa un quarto dei partecipanti dei 31 partecipanti ai nostri test, le combinazioni di stimoli da 1 mA e 70 Hz e quella da 1 mA e 10 Hz hanno prodotto sensazioni olfattive di odori profumati, dolci e che risultavano chimici. I partecipanti hanno riferito invece di aver provato intense sensazioni di dolore e formicolio per le combinazioni di 1 mA e 180 Hz o 4 mA e 70 Hz. Una piccola parte di loro ha riferito di avere sperimentato dei flash visivi con una stimolazione di 4 mA e 70 Hz. Crediamo che questo tipo di risultati suggeriscono che ci può essere un percorso elettrico per riprodurre il senso dell’olfatto negli esseri umani.
Abbiamo in programma di estendere questo esperimento a un numero maggiore di partecipanti e continuare a lavorare con quelli che hanno già segnalato delle sensazioni olfattive. Vogliamo sottoporli a diversi parametri di stimolazione elettrica, modificando la frequenza, la corrente e il periodo di stimolazione. Prevediamo così di identificare vari modelli di stimolazione che possono riprodurre in modo efficace diverse sensazioni olfattive. Il passo successivo sarebbe quello di confrontare la differenza tra la percezione degli odori elettrici e la percezione degli odori naturali, studiando le parti del cervello che vengono attivate dalle stimolazioni corrispondenti. Se entrambe le tecniche di stimolazione dovessero attivare approssimativamente le stesse aree del cervello, potremmo sostenere che la stimolazione elettrica può riprodurre le stesse sensazioni olfattive che hanno una base chimica.
A cosa state lavorando con Scentee? Scentee è il primo device compatibile con mobile al mondo che riproduce gli odori. Si inserisce nel jack audio degli iPhone o dei dispositivi Android e può riprodurre odori o fragranze utilizzando applicazioni per smartphone. Il profumo viene rilasciato attraverso un motore a ultrasuoni che ha un serbatoio rimovibile. Il dispositivo può riprodurre solo un aroma alla volta. Il rilascio dell’aroma viene attivato attraverso un’input sul touchscreen, un messaggio di testo in arrivo o una notifica sui social network. Inoltre, può essere utilizzato in varie applicazioni come l’allarme della sveglia o per l’aromaterapia.
Come vedete il futuro di questo tipo di tecnologie? Con quale formato verrano trasferiti i dati? Oggi le applicazioni di realtà aumentata si basano principalmente sull’audio e sul video ma la digitalizzazione del tatto e del gusto è già stata realizzata sperimentalmente a livello di ricerca e diventerà uno standard in futuro. Con la digitalizzazione dell’olfatto, potremo sperimentare digitalmente cinque sensi di base in realtà aumentata e l’esperienza utente diventerà più completa. Questo creerà più applicazioni e opportunità in campi come l’interazione umana con il computer, i videogiochi, la medicina e l’e-commerce.
Per quanto riguarda i dati che verranno trasferiti in formato digitale, nel caso di esperienze di tipo continuo, dovremmo trasmettere un flusso di dati digitali come facciamo per l’audio e il video. Tuttavia, la gamma dei valori e la struttura dei dati potrà essere definita solo dopo aver trovato i corretti parametri di stimolazione per riprodurre ogni sensazione olfattiva.
