Может ли «компьютерный нос» заменить нос настоящего парфюмера?

Прошлое и будущее ароматов в большом материале Harperʼs

Парфюмерная промышленность — это не только духи от всемирно известных домов, но и все, что окружает нас в повседневной жизни: от бытовой химии до удобрений. И все эти запахи создаются в основном по наитию: даже знаменитый Chanel № 5 по легенде получился в результате то ли эксперимента, то ли ошибки. Попытки систематизировать и запахи, и обонятельные рецепторы, которые их воспринимают, ведутся давно. И только сейчас появились прототипы «искусственного носа» — а также первые ароматы, созданные искусственным интеллектом. Об этом пишет журнал Harperʼs в своем декабрьском номере. Пересказываем этот текст.

Как «носы» из Граса составляли «аккорды» запахов

Как и для многих великих парфюмеров, домом Жана Карля был Грас — городок на склонах Французской Ривьеры к северу от Канн. Он расположен в естественном амфитеатре известняковых холмов над лугами, которые полого спускаются к морю. Благодаря сочетанию географии с мягким средиземноморским климатом здесь каждый год собирают урожай роз, жасмина и померанца, отличающихся исключительным ароматом. На протяжении сотен лет городок славился как парфюмерная столица. Когда Карль только начинал здесь подмастерьем, во главе местной парфюмерной промышленности стояла гильдия мастеров, известных как «носы». Их считали вместилищем божественного таланта, а их ароматы — настоящими произведениями искусства.

Будущему «носу» предстояло долгие годы постигать все тонкости ремесла. Язык парфюмерии позаимствован у музыки, поэтому «носы» составляют из разных ароматов «композиции», комбинируя различные «ноты» в «аккорды», чтобы добиться «гармонии». Но Карль к своему разочарованию быстро понял, что мастера-парфюмеры в основном действуют по наитию, надеясь из инстинктивно подобранных ингредиентов в почти случайных дозировках получить чудо.

Тогда Карль решил создать как можно более подробную и точную теорию парфюмерии. Он разбил все известные ему пахучие компоненты на несколько десятков категорий: цитрусовые, мятные, древесные, жасминовые, мускусные, животные и так далее. Затем он разделил запахи в каждой группе по типу их поведения. Самые летучие соединения, которые попадают в нос первыми, но первыми же и улетучиваются, он назвал «верхними нотами», а ароматы средней продолжительности — «срединными». Запахи, которым требуется больше всего времени, чтобы раскрыться, но зато они дольше всех не испаряются, Карль назвал «шлейфовыми нотами».

Свои парфюмы Карль создавал по принципу перевернутой пирамиды. На каждом уровне он отбирал гармоничный аккорд разных категорий ароматов, затем подбирал к нему подходящие ингредиенты. Именно по такому методу, который в разных версиях до сих пор остается стандартом работы парфюмеров, в 1940-х годах Карль создал свои самые знаменитые ароматы: Ma Griffe и Miss Dior. Считается, что к этому моменту он потерял обоняние и ориентировался исключительно на собственные память и эту систему.

Однако система Карля настолько же произвольна, сколько и подход его предшественников. Его категории ничего не говорят о свойствах разных запахов, почему одни их сочетания пахнут приятно, а другие — нет. Своим ученикам он советовал как можно больше экспериментировать с формулами — и не жалеть ингредиентов, добавляя их в количествах, в два-три, а то и в десять раз превышающих разумные. Считается, что Chanel № 5, самый известный парфюм в мире, был создан в результате именно такой ошибки дозировки. И с момента его создания в 1920 году в смысле методологии почти ничего не изменилось: чтобы создать новое сочетание ароматов, нужно смешать и понюхать.

Откуда берутся запахи

Запахи способны пробуждать в человеке самые яркие воспоминания и эмоции — но при этом наш язык для описания даже простейших из них поразительно беден. У розы запах «розовый», «мягкий» или, допустим, «возбуждающий мимолетную страсть» — но ни одно из этих описаний не объяснит вам, чем именно пахнет роза, если вы до этого ее не нюхали. В отличие от хорошо известных мер света и звука, количественному измерению не поддается ни интенсивность определенного запаха, ни признаки, по которым корицу можно отличить от горелой резины или старых книг.

Человечество до сих пор бьется над загадкой, почему одни вещи пахнут так, а другие — иначе. Лукреций, философ-эпикуреец, считал, что запах — производное от геометрии: «И не считай, что по форме похожие первоначала в ноздри проходят людей, когда трупы зловонные жгутся. — писал он в трактате „О природе вещей“, — Или когда окропят киликийским шафраном подмостки и по соседству алтарь благовоньем панхейским дымится». Согласно «вибрационным» теориям, восприятие молекулы запаха зависит от того, излучает ли она в ультрафиолетовом или инфракрасном диапазоне. Преобладают сейчас «геометрические» теории, и Лукреций, в общем, был недалек от истины — за исключением того, что он ошибся с гармонией формы и привлекательности запаха. Аромат розы состоит из сочетания более 260 различных летучих компонентов, некоторые из которых по отдельности настолько же «приятны», сколько укол шипом цветка.

Любой запах присущ определенному веществу не сам по себе, а как бы в «соавторстве» с человеческим носом. В верхней части носовой полости, примерно между глазами, находится обонятельный эпителий, усеянный нейронами. Эти нейроны содержат белки, которые связывают вдыхаемые нами летучие соединения. В результате образуются электрические сигналы, которые наш мозг преобразует в нашем сознании в восприятие запахов. Но сколько именно этих рецепторов и как они реагируют на какие молекулы — до сих пор точно не известно.

На протяжении XX века было принято считать, что есть несколько типов обонятельных рецепторов, отвечающих за основные запахи в разных комбинациях и интенсивности. Американские химики Эрнест Крокер и Ллойд Хендерсон предложили систему из четырех типов рецепторов, каждый из которых отвечал за «ароматный» аспект, «кислотный», «горелый» и «каприловый» (то есть «козлиный»). Каждому запаху в системе Крокера-Хендерсона соответствует четырехзначный код: например, роза — это 6423 (ароматный, но мягкий запах).

Несмотря на свою кажущуюся обстоятельность, система Крокера-Хендерсона не более научна, чем система Карля. Никаких доказательств существования именно четырех, а не трех, пяти или десяти классов рецепторов нет, как и того, что основными запахами являются именно кислотный и козлиный, а не, скажем, цветочный и гнилостный. Вплоть до конца XX века человеческий нос был черным ящиком: туда попадали некие химические вещества, которые в мозгу отображались как определенные запахи, но почему именно такие — никто не знал.

Чем пахнет ваша стирка

В 1970-х Гэри Марр играл на бас-гитаре в рок-группе, но без особого успеха, и чтобы хоть немного подзаработать, устроился на химкомбинат. Марр — англичанин из серого Восточного Лондона, он в жизни не слыхал о «носах» из Граса. Но у него был талант отличать разные вещества по их запаху, поэтому его новый работодатель, парфюмерная компания, предложила ему заняться смешиванием новых ароматов.

Сегодня Марру 62 года и он занимает должность старшего парфюмера в швейцарской компании Firmenich — одной из «большой четверки» этой отрасли (остальные три — еще одна швейцарская компания Givaudan, International Flavors and Fragrances со штаб-квартирой в Нью-Йорке и германская Symrise). Но создание ароматов для дизайнерских брендов парфюма — лишь один из аспектов работы этой промышленности. Марр говорит, что утонченные композиции создавать сравнительно легко, а вот повседневные запахи для бытовой химии и средств для ухода за телом — совсем другое дело. Аромат средств для мытья посуды должен «раскрываться» при контакте с водой — но при этом он должен сразу смываться с поверхностей. Отбеливатель для белья должен пахнуть приятно — но задача парфюмера осложняется тем, что гипохлорит натрия, который входит в его состав, уничтожает все, с чем вступает в контакт.

Продукты парфюмерной промышленности проникают в нашу жизнь гораздо глубже, чем мы это осознаем. Все, чем мы моем наши дома, одежду и тела, ароматизировано — как и пластилин, удобрения, косметика и, как говорят, электроника Apple. Ароматизируют воздух в самолетах, универмагах, отелях и такси. Неудивительно, что за это отвечает индустрия с ежегодным оборотом в 30 миллиардов долларов.

Гэри Марр не считает, что парфюмером нужно обязательно родиться: чувствительность к различным запахам приходит с опытом. При этом с генетической точки зрения обоняние — самое вариативное из всех чувств. В мире не существует двух абсолютно идентичных носов. Кому-то кинза пахнет мылом, а кто-то не способен различить сернистые соединения, которые отвечают за неприятный запах «мочи после обеда со спаржей». Более того, содержимое каждого отдельного носа меняется день ото дня. Обонятельные нейроны сменяются где-то раз в месяц-два, но на месте отмерших не всегда вырастают те же самые. Некоторые не восстанавливаются вообще, поэтому обоняние с возрастом угасает.

Кроме того, реакция на запахи разнится от одной культуры к другой. Европейцы, например, безразличны к запаху кленового сиропа, но терпеть не могут сарсапариллу — то есть все, что обожают жители Северной Америки. Аромат «лаванды», который предпочитают покупатели бытовой химии из США, не имеет отношения к реальной лаванде — скорее он пахнет ванилью.

Но парфюмерная промышленность не только следует трендам, но и задает их. Аромат, который у американцев ассоциируется со стиркой — представьте себе, как пахнет стиральный порошок «Тайд» — не имеет аналогов в природе, зато он лучше маскирует неприятные запахи стирки. Синтетические альдегиды, которые используются в отдушках для моющих средств, появились в середине XX века. До этого идея «свежести» у американцев больше ассоциировалась с чем-то менее абстрактным и более «растительным» (оригинальный «Тайд» пах «розой»).

Марр одновременно может работать над созданием сорока или пятидесяти ароматов: среди них есть и очищающий спрей, и ароматизатор для белья с запахом тропических фруктов, и средство для стирки, аромат которого его производитель, европейская компания по производству бытовой химии, попросила «модернизировать». Вкусы потребителей постоянно меняются, поэтому корпорации постоянно меняют их, соревнуясь друг с другом.

Среди ароматов, над которым работает Марр, есть один под кодовым названием «Чародей» (Magus), который используется во всемирно известном средстве для стирки. На него Гэри давно вдохновила случайная встреча в кафе в Женеве, где находится штаб-квартира Firmenich. Мимо него проходил мужчина, и Марр уловил два основных компонента его парфюма: срединная нота бета-ионона с объемистым характером фрезии, древесными оттенками и завершающей малиновой ноткой, а также салицилат — стойкий ландышевый аромат. К ним Марр добавил третий — воздушный листвяной аспект.

Лаборатория Firmenich похожа на стерильную прачечную с многочисленными стиральными машинами вдоль стен. В каждой из них стирается в очередной итерации «Чародея» пачка небольших полотенец для рук. Каждая партия сначала два с половиной часа полощется в кипятке, чтобы избавить ее от предыдущего запаха, а затем полчаса в теплой воде с новым вариантом аромата. Сначала Марр нюхает сухие полотенца, на которых запах менее выражен, затем переходит к влажным, на которых он раскрывается. Отобрав два варианта аромата, которыми он наиболее доволен, Марр идет к компьютеру, на котором он вводит ингредиенты для новой формулы. Там он добавляет пахнущего розой цитронеролла, и немного Clearwood, похожего на пачули. Количество кумарина он уменьшает, а мелонал вообще убирает. В конце он добавляет особые оттенки мускуса и альдегида. В итоге получается версия «Чародея» 610 — свежая, перечная.

Как заставить уборную пахнуть ландышем

Парфюмерная промышленность до сих пор лишена инструментов точного измерения ароматов. Чтобы отличить дамасскую розу от майской, проще всего попросить это сделать парфюмера с натренированным носом. Технологии, позволяющие узнать химический состав определенного запаха, существуют — но они отнюдь не совершенны. Например, человеческий нос способен различить триллионные доли 2,4,6-трихлоранизола — вещества, отвечающего за пробковую болезнь вина. Щепотки трихлоранизола достаточно, чтобы испортить годовой урожай всех виноградников на планете. Однако для газового хроматографа с масс-спектрометром между хорошей бутылкой вина и испорченной пробковой болезнью, вероятно, не будет никакой разницы.

Новые генетические технологии позволили выделить большинство обонятельных рецепторов к 1991 году. С тех пор ученые бьются над созданием искусственного носа — устройства, которое сможет регистрировать реакцию определенных рецепторов на запахи. Но этих рецепторов оказались не единицы и не десятки, а больше четырех сотен.

Прототип искусственного носа выглядит как матричная сетка с выращенными в лаборатории рецепторами в небольших углублениях. В ходе эксперимента в закрытую емкость с рецепторами запускают нужный аромат, который активирует определенные рецепторы — тогда углубления с ними начинают мерцать с разной интенсивностью. Если бы рецепторы были расположены на прямой линии, то каждый запах был бы похож на аккорд на клавиатуре пианино.

До появления органической химии ингредиенты для парфюмов были исключительно естественного происхождения. Например, мускус — это секрет желез кабарги, небольшого оленя, который водится в горах Центральной Азии, серая амбра — желудочное выделение кашалота, а для получения капли цветочного абсолю нужно было переработать целую гору лепестков розы и жасмина. Такой способ экстракции используется до сих пор, но постепенно на замену традиционным ингредиентам приходят искусственные молекулы. В женевской лаборатории Firmenich ежегодно синтезируют сотни новых запахов — но до коммерческого использования из них доходит три-четыре. На разработку каждого из них в итоге будут потрачены сотни тысяч долларов. Искусственные рецепторы могут упростить этот процесс. Разные ароматы одной тональности часто активируют один и тот же рецептор. Например, молекулы запаха ландыша имеют разную форму, но на них одинаково реагирует рецептор OR10J5.

Но такие рецепторы могут улавливать не только благоухание, но и неприятные запахи. В каком-то смысле вонью парфюмерная промышленность тоже занимается: тот же Грас первоначально был городом кожевенников, которые придумывали разные способы скрыть отталкивающий запах своего ремесла. А компания Firmenich по заказу фонда Билла и Мелинды Гейтсов занимается изучением запаха выделений человеческого организма. В бедных странах мира, где недоступна канализация, из-за антисанитарии распространяются болезни. Проблема не решается простым выкапыванием уборных — зачастую они пахнут так отвратительно, что люди стараются ими не пользоваться. И Гейтсы пытаются найти решение.

Известно, что некоторые вещества способны блокировать определенные рецепторы, не подпуская к ним другие летучие соединения. То есть, по сути, они могут не просто маскировать определенный запах, а вообще не давать человеку почувствовать его. Исследователи Firmenich сначала выделили основные компоненты вони выгребной ямы и установили, какие обонятельные рецепторы они активируют. Выяснилось, что блокировать эти рецепторы способны сотни различных веществ. Среди таких веществ оказались несколько ландышевых молекул. Смешав их с искусственно синтезированным запахом фекалий, исследователи поняли, что цветочный аромат при этом сохраняется, а вот смрад уборной исчезает.

Может ли компьютер заменить парфюмера

Парфюмерная наука, по сути, действует по методу дедукции. Придумывая новый аромат, парфюмер обращается к своему багажу знаний уже известных запахов, а затем составляет формулу, которая соответствует его идее. То есть, другими словами, сначала он придумывает результат, а потом обратным пересчетом ищет слагаемые для него. И здесь парфюмерам может помочь искусственный интеллект. Ведущие фирмы уже экспериментируют в этом направлении: например, Symrise при поддержке IBM Research уже выпустила на рынок два парфюма, созданных ИИ. А Firmenich в прошлом по заказу Calvin Klein по схожей технологии создала аромат CK Everyone.

На помощь искусственному интеллекту может прийти искусственный нос. Зная, какие вещества активируют определенные рецепторы, программа может выбрать нужные для этого ингредиенты и смешать их, добившись искомого результата. Первым экспериментом Firmenich в этом направлении стал аромат пинаколады. Если бы его создавал человек, то он бы начал с поиска составляющих знакомых ему запахов: кокосовых сливок, ананаса и рома. Но компьютер не пьет коктейли и не «знает», что входит в их состав, поэтому он подбирает совсем другие вещества — которые в сумме дают именно то, что нужно. Ведь если любой запах — по сути лишь сочетание активируемых определенным образом обонятельных рецепторов, то комбинаций веществ для его получения может быть как угодно много. Просто человек вряд ли обнаружит их случайным образом, а для искусственного интеллекта все маршруты, ведущие к пинаколаде, имеют одинаковую ценность.

Хотя у некоторых парфюмеров перспектива неминуемой замены их на машины вызывает некоторый трепет, большинство профессионалов не беспокоится о будущем отрасли: ведь к самостоятельному творчеству искусственный интеллект не способен. «Если сказать машине „мне нравится голубой, красный и розовый“, Мондриана ты от нее все равно не получишь», — говорит знаменитый парфюмер Франсис Куркджян. Даже сам Жан Карль, заложивший основы рационализации отрасли, настаивал, что парфюмерия всегда будет больше искусством, чем наукой.

Гэри Марр на заре своей карьеры работал с парфюмером, который, как и Карль, в пожилом возрасте утратил чувство обоняния. Но это ему нисколько не мешало: многолетний опыт сам подсказывал ему, что нужно смешать с чем, чтобы получить нужный результат. Сам Марр тоже наизусть выучил правила запахов — и не видит причин, почему бы не научить компьютер тому же. «Может, не сейчас и не через сотню лет. — говорит он. — Но если существует всего тысяча ингредиентов, количество комбинаций, которые из них можно составить, в любом случае конечно. Пусть их будут миллиарды — но рано или поздно появится компьютер, который сможет посчитать их все».

Как и Жан Карль, искусственный интеллект лишен обоняния — но, как и Карлю, оно ему и не нужно. Компьютер когда-нибудь сможет обнаружить абсолютно все запахи, доступные человеческому носу — а потом научиться самому их составлять. Такой компьютер будет знать запах всего на свете.

Пересказал Алексей Ковалев