Může mít AI chuťové pohárky?

„Elektronický jazyk“ představuje slibný první krok k umělé emoční inteligenci

Může se zdát zvláštní představit si, že by umělá inteligence měla jakési „gastrointuitivní“ vlastnosti, například hlad či preference v chutích. Přesto skupina vědců z Penn State právě pracuje na vývoji elektronického „jazyka“, který by dokázal simulovat, jak různé chutě ovlivňují naše stravování na základě našich potřeb a představ. Tento koncept by mohl umělé inteligenci umožnit zpracovávat informace podobně jako my, lidé.

Lidské chování je fascinující spleť fyziologických potřeb a psychologických motivací. Přestože umělá inteligence za poslední dekádu dosáhla významných úspěchů v mnoha oborech, zdá se, že se ještě stále potýká s napodobením komplexnosti lidské psychologie. Například, ačkoliv koncept emoční inteligence je v lidském kontextu zcela běžný, v oblasti umělé inteligence je toto téma spíše okrajové.

„Hlavním cílem našeho výzkumu bylo zjistit, jak bychom mohli přinést emoční složku do AI,“ sdělil Saptarshi Das, docent inženýrských věd a mechaniky na Penn State a odpovídající autor nedávno publikované studie v Nature Communications. „Emoční spektrum je obrovské, a ačkoliv mnoho odborníků zkoumá lidskou psychologii, my, jakožto počítačoví inženýři, potřebujeme spíše kvantifikovatelné matematické modely a rozsáhlé datové sady pro náš design. Ačkoli lidské chování můžeme snadno pozorovat, jeho měření a kvantifikace je složitější, což komplikuje snahu replikovat jej v robotech s emočním rozpoznáváním. V tuto chvíli ještě nemáme konkrétní metodiku, jak tento cíl skutečně splnit.“

Obrázek 1 – Midjourney: Vafle s polevou

To, co jíme, nemusí být vždy určené hladem

„Naše stravovací návyky nejsou jen reflexem hladu nebo potřeby energie, ale také odrazem komplexní hry mezi fyzickými potřebami a naším emočním stavem,“ vysvětluje Das. „Pokud se zamyslíte nad svými jídelními volbami, mnohdy zjistíte, že to, co jíte, není určeno jenom hladem, ale také tím, na co máte chuť, jak se cítíte, jaké vzpomínky vás to jídlo připomíná nebo jaké emoce s ním máte spojené.“

Gustace hraje klíčovou roli v našem rozhodování o tom, co jíst. Naše chuťové pohárky nám poskytují informace o chuti potravy – jestli je slaná, sladká, kyselá, hořká nebo umami. Na základě těchto informací a našich předchozích zkušeností s potravinami se rozhodujeme, zda danou potravinu konzumujeme nebo ne. Například, i když máme hlad, můžeme odmítnout jíst něco, co nám nechutná.

Na druhou stranu hlad je fyziologická potřeba těla, když nám chybí energie nebo živiny. Hlad nás vede k tomu, abychom hledali potravu, ale ochutnávání nás směruje k tomu, jaký typ potraviny vybereme.

„Pokud máte to štěstí, že máte všechny možné výběry jídel, vyberete si jídla, která máte přirozeně nejraději,“ řekl Das. „Například nemáte-li rádi hořké, asi zrovna nesáhnete po šálku kávy s kvalitní 90% hořkou čokoládou.“

Každý, kdo se po velkém obědě cítil plný, a přesto ho zlákal kousek čokoládového dortu na odpolední firemní oslavě, ví, že člověk může jíst něco, co miluje, i když nemá hlad.

Obrázek 2 – Midjourney: Pohár

Ždímání dopaminového systému

„Pokud by vám někdo nabídl sladké jídlo, snědli byste ho i přes to, že vaše fyziologická potřeba je uspokojena, na rozdíl od situace, kdy by vám někdo dal kus masa,“ řekl Das. „Vaše psychologická potřeba stále chce být uspokojena, takže budete mít chuť sníst sladkosti i když nemáte hlad.“ Tato skutečnost pak vyvěrá převážně z fungování našeho dopaminergního systému, tedy částí mozku, které se starají o produkci dopaminu, neurostransmiteru „štěstí“. Při konzumaci sladkého, slaného či tučného jídla dochází ke stimulaci částí mozku, které jsou za produkci dopaminu zodpovědné. 

Toho se naučili využívat společnosti se zaměřením na produkci potravin (ne všechny samozřejmě), které se svými výrobky snaží co nejvíce stimulovat sekreci (vyloučení) dopaminu. Kvůli tomu se mnoho lidí dostává do závislosti na ultra-zpracovaných potravinách (sušenky, brambůrky, donuty, smažené apod.). Výsledkem jsou pak onemocnění nejrůznějšího typu, včetně diabetes, srdeční příhody nebo demence.

Složitost nad složitostí: Vnímání hladu a regulace chuti k jídlu

Neuronové obvody a molekulární mechanismy v mozku, které se týkají vnímání hladu a regulace chuti k jídlu, patří k těm nejméně pochopeným aspektům našeho nervového systému. Kombinace fyziologických, emocionálních a environmentálních faktorů určuje, jak se rozhodujeme o tom, co a kdy jíst.

„Vnímání hladu a regulace chuti k jídlu jsou složitými procesy, které zahrnují mnoho různých neuronových obvodů a molekulárních mechanismů,“ říká Das. „Naše tradiční představy o tom, jak mozek řídí chování spojené s jídlem, jsou v posledních letech výrazně revidovány díky pokročilým technologiím v oblasti neurozobrazování.“

Pokroky v technologiích, jako je funkční magnetická rezonance (fMRI) a pozitronová emisní tomografie (PET), nám umožnily detailněji nahlédnout do mozku a zkoumat aktivační vzory spojené s chutí, vnímáním hladu a potravinovými preference. Díky těmto technologiím mohli výzkumníci identifikovat konkrétní oblasti mozku, které se aktivují v reakci na určité chutě nebo potraviny.

Obrázek 3 – Midjourney: Jídlení stůl

Jak lze převést chuťové vjemy do digitální podoby?

Chuťové receptory na lidském jazyku převádějí chemická data na elektrické impulzy. Tyto impulzy jsou pak odeslány neurony do „chuťového“ (nejspíše insulárního) kortexu mozku, kde kortikální obvody, složitá síť neuronů v mozku, formují naše vnímání chuti. Výzkumníci vyvinuli zjednodušenou biomimetickou verzi tohoto procesu, včetně elektronického „jazyka“ a elektronického „chuťového kortexu“ vyrobeného z 2 D materiálů, což jsou materiály s tloušťkou jednoho až několika atomů. Umělé chuťové pohárky se skládají z drobných, na grafenu založených elektronických senzorů nazývaných chemitransistory, které mohou detekovat plynné nebo chemické molekuly. Další část obvodu používá memtransistory, tranzistory, které si pamatují minulé signály, a které jsou vyrobené z disulfidu molybdenitého. Díky tomu mohli výzkumníci navrhnout „elektronický chuťový kortex“, který spojuje „neuron hladu“ řízený fyziologií, „neuron chuti k jídlu“ řízený psychologií a „krmičský obvod“.

Například při detekci soli neboli chloridu sodného, zařízení detekuje sodné ionty a může na ně patřičně reagovat, vysvětlil Subir Ghosh, doktorand inženýrské vědy a mechaniky a spoluautor studie. „To jinými slovy znamená, že zařízení může ‚okusit‘ sůl,“ řekl Ghosh.

Aplikace na všechny chuťové profily

Vlastnosti dvou různých 2 D materiálů se vzájemně doplňují při vytváření umělého chuťového systému.

Grafen, s jeho vynikajícími vlastnostmi jako chemický senzor, má svá omezení, zejména v oblasti obvodové technologie a logiky. „Grafen je sice působivým detektorem chemických látek, ale pokud jde o simulaci mozkových obvodů, má své nedostatky,“ vysvětlil Andrew Pannone, výzkumný asistent inženýrské vědy a mechaniky a jeden z hlavních autorů studie. Z tohoto důvodu byl začleněn druhý materiál – disulfid molybdenitý, který je rovněž polovodičem. „Společně tvoří synergii, díky níž můžeme vytvořit obvod simulující chuťový systém.“

Proces je dostatečně univerzální, aby mohl být aplikován na všech pět základních chuťových profilů: sladké, slané, kyselé, hořké a umami. Takový robotický chuťový systém má podle Dase slibné potenciální aplikace, od AI-kurátorovaných diet založených na emoční inteligenci pro hubnutí po personalizované nabídky jídel v restauracích. Dalším cílem výzkumného týmu je rozšířit chuťový rozsah elektronického jazyka.

Obrázek 4 – Midjourney: Červené víno

AI jako ochutnávač vín?

„V aktuální chvíli snažíme vytvořit pole grafenových zařízení, která jsou schopné napodobit přibližně 10 000 chuťových receptorů, které máme na jazyku a každý je mírně odlišný od ostatních, což nám umožňuje rozeznávat jemné rozdíly v chutích,“ řekl Das. „Příkladem, na který myslím, jsou lidé, kteří svůj jazyk „trénují“ a stávají se ochutnávači vín (tato profese byla obzvláště vážená ve středověku na královských dvorech). Možná v budoucnosti budeme mít systémy AI, které budete moci natrénovat, aby byly ještě lepšími ochutnávači vín.“

Dalším krokem je vytvoření integrovaného chuťového čipu

„Naším dalším cílem je integrovat jak simulaci jazyka, tak chuťový obvod do jednoho čipu, což by celý proces zjednodušilo,“ podotkl Ghosh. „To bude prioritním směrem naší práce v nadcházejícím období.“

U chuťového čipu to ale nekončí, výzkumníci vidí ještě větší potenciál pro tuto technologii. Po dokonalé realizaci chuťového emoční inteligence v umělé inteligenci se plánují zaměřit na rozšíření tohoto přístupu na další lidské smysly. Představa o vizuální, zvukové, hmatové a čichové emoční inteligenci by mohla otevřít zcela nové horizonty v oblasti interakce člověka s technologií.