五感のためのセンサー

2015 年に私は、視覚、嗅覚、味覚、触覚、聴覚という 5 つの基本感覚がセンサーを使ってどのように再現されているかを調査しました。 私たちの感覚は、私たちの人生を導くものであり、私たちの周囲の環境に対する見方を与え、私たちが住んでいる世界を解釈するのに役立ちます。 しかし、私たちは感覚の世界によっても制限されています。 感覚が衰えた場合、その効果を近似または増強する方法（補聴器のように）や、補償的に別の感覚に頼る方法（点字や手話のように）があるかもしれません。

今日では、目、耳、鼻、舌、手などの機能と連携して機能したり、それらの機能を完全に置き換えたりするガジェット (および IoT テクノロジー) が開発されています。 感覚受容器は、これらの受容器と同じ機能を果たすマイクロチップデバイスに置き換えることができ、このデバイスは私たちの体に取り付けられるか、または統合されます。

2015 年のテクノロジーは目を見張るものでした (笑)。しかし、過去数年間でどれだけ進歩したかを調べたいと思いました。

視力： Google Glassを覚えていますか? 廃止される前、エンジニアたちは自動車に接続し、レンズにテレメトリ表示を提供する眼鏡の開発に取り組んでいました。 今日では、そのような情報をフロントガラスに送信したり、ガラスに組み込まれた技術を使用して表示したりするデバイスが入手可能です。 壁を「透視」できる技術もございます。

世界中には2億8500万人の視覚障害者がおり、そのうち3900万人は完全に失明しています。 視覚障害者向けのセンサーベースの補助装置は、以前は機能が限られており、通常は障害物の存在のみをユーザーに警告していました。 現在、研究者たちは、人が周囲の環境を感知し、より安全に動き回ることを可能にするウェアラブル補助装置を開発しました。 これらのデバイスは、現在ソナー付きリストバンドまたはレーダーモニターとして利用可能であり、周波数波を使用し、振動または音声でフィードバックを提供します。

他にも、バイオニックアイが開発されつつあり、盲目の患者は脳コンピューターインターフェースに依存するバイオニックインプラントをテストしている。 これらの装置は、特定の遺伝性眼疾患を持つ患者の視力をある程度回復させる可能性があります。 眼球と網膜細胞の周囲に埋め込まれたカメラと電極アレイは、視覚情報を視神経に沿って脳に伝達し、患者の視野内に光のパターンを作り出すことができます。 結果は完璧ではありませんが、視力が制限されている人や視力が衰えている人に希望を与えます。

匂い： 1940 年代から 1950 年代にかけて登場したSmell-O-Visionや Smell-O-Rama から、モバイル デバイスに接続して香りを発する小型デバイスまで、香りを作り出すように設計された物体は長い間存在してきました。また、煙、ラドン、一酸化炭素検出器など、空気中の物質を「嗅ぐ」ように設計されたデバイスも存在しています。 研究者らはすでに、呼気中のアセトンを検出して糖尿病の臭いを嗅ぎ分けられるウェアラブルセンサーを開発しており、センサーを使って悪性黒色腫の臭いを識別する方法も解明している。 また、Appleは体臭に基づいて低血糖を検出するセンサーをiPhoneとApple Watchに追加することを検討している。 現在の電子鼻は、選択的に重なり合うガスセンサーの配列とパターン再構成コンポーネントを使用することで、人間の鼻よりも効果的に匂いを嗅ぐことができます。 匂いや風味は全体的な指紋として認識され、匂いを特徴付けるために使用される信号パターン (デジタル値) を生成します。 「悪臭」のN乗はいくらになるでしょうか?

聴覚： 英国の企業Wifore Consultingによれば、聴覚技術だけでも2020年までに400億ドルの市場規模になるという。 2018年には50億ドルでした。 当社には、一連の振動を通じて聴覚障害者の聴覚を助ける警報装置、人工内耳、ウェアラブルベストがあります。 一連のセンサーが音を拾って振動し、装着者は音を聞くのではなく感じることができるようになります。 振動は音が発した正確な周波数で発生します。 （コンサートで大きな音を響かせるスピーカーの横に立って、その音を感じたことはありますか？ ベースの重低音は、実際に聞くまでもなくわかります。

手話を知らない人とコミュニケーションをとるにはどうしたらいいでしょうか? SignAloudグローブのプロトタイプは、アメリカ手話のジェスチャーを英語の音声に変換します。 このデバイスには誤訳があったり、眉毛の動き、手話者の体の動き、口の動きといった意味や意図を伝えるのに役立つ手話のニュアンスを捉えられなかったりするとして批判もあった。 別の手袋では、ユーザーは顔の表情を付け加えることなく、単語やフレーズに対応するジェスチャーを記録して名前を付けることができます。別のバージョンでは、翻訳を装着者のスマートフォンに直接送信し、単語やフレーズを発音することができます。

触る： 2013年に研究者らは、温度、圧力、湿度を同時に検出できる柔軟なセンサーを開発し、人間の皮膚の感知機能を模倣することに向けて大きな飛躍を遂げました。 一方、ピッツバーグ大学医療センターは、ユーザーがロボットの指に加わった触覚を感じることができるロボットアームを設計した。

そして今、私たちは人工神経を手に入れました！ 私たちの皮膚に埋め込まれた感覚ニューロンと同様に、バンドエイドのような曲がるデバイスが触覚を感知し、情報を処理して他の神経に送信します。 この神経は、0と1ではなく、生物の神経と同じ言語を使用し、ゴキブリの脚であろうと、切断された手足の残存神経終末であろうと、身体と直接通信することができます。

今日の義肢は使用者の脳の活動を読み取り、それに応じて動くことができますが、その逆を想像してみてください。電圧を電気パルスに変換する回路です。 この人工神経の出力は、体が理解できる電気パターン、つまり「神経コード」です。 コンピューターを忘れて、ニューラルネットワークに移行する時です。

味： 食品のインターネットは拡大しています。 私は、不衛生なレベルの汚染物質を含む油を検出できるスマート箸、何口食べたかを監視するフォーク、飲んだ量とカロリーをカウントするスマートカップについて書きました。

化学感覚研究の分野では、味覚細胞によって発現される主要な受容体を特定し、それらの受容体がどのように脳に信号を送るかを理解することに重点が置かれています。 例えば、研究者たちは、甘味物質や苦味物質が標的の受容体にどのように結合するかをより深く理解しようと取り組んでいます。 私たちが味だと考えるものは、多くの場合、匂いとともに食品成分の分子構成から生まれます。 IBMのHypertasteは、「一対の電極で構成された電気化学センサーを使用しており、各電極は電圧信号によって分子の組み合わせの存在に反応します。すべての電極の対の電圧信号の組み合わせが液体の指紋を表します」とIBM Research Blogは述べています。 人間の味覚と同じように訓練も必要です! さらに別の味覚重視のシステムでは、レモネードの基本的な色と酸味を水の入ったタンブラーにデジタルで送信できるセンサーと電極を使用し、夏の人気商品のような見た目と味を実現します。

いずれにしても、これらすべてのテクノロジが適切に機能するには、アプリケーション、サービス、およびコードが必要です。 SF はさておき、個人の視点がこれほど早くソフトウェアに組み込まれるとは誰が想像したでしょうか?