Digitalisierung der Sinne: Schweinshaxe mit KI

Digitalisierung der SinneNa, schmeckt's? Das soll auch Künstliche Intelligenz beurteilen können. Foto: Pixabay/Schlauschnacke/CC0

In Erlangen wollen zwei Fraunhofer-Institute alle menschlichen Sinneswahrnehmungen digitalisieren, auch das Riechen und das Schmecken. Von der Digitalisierung der Sinne, sagen sie, profitierten beide: der Mensch und die Künstliche Intelligenz. Sie bekommt Gefühle.

Klar, Schallwellen kann man aufnehmen. Bei Lichtwellen macht man das gleiche, nur eben mit Kameras statt Mikrofonen. Das Resultat lässt sich digitalisieren, speichern, wiedergeben. Aber wie zeichnet man den Duft eines Veilchens auf? Das Aroma einer Schweinshaxe? Und dann: in welchem digitalen Format kann ich die Ergebnisse als Email verschicken? Sie am anderen Ende der Welt identisch abspielen?

Wenn es „identisch“ in diesem Bereich überhaupt gibt. Das Rot auf einem Kandinsky-Gemälde lässt sich in Wellenlängen messen und der Bildschirm daheim so einstellen, dass er beim Ansehen exakt dieselbe Wellenlänge zeigt. Aber schmeckt eine Orange wirklich jedem Menschen gleich? Wie „identisch“ könnte dann eine neue Art von Drucker den Geschmack synthetisch zusammenmixen und – nun ja – ausspucken?

Riechen und schmecken ist äußerst komplex

Riechen, schmecken – das sind alles, sagt Andrea Büttner, dermaßen komplexe Vorgänge, dass die dazugehörigen „Wahrnehmungsprozesse und Verschaltungsmuster im Gehirn bis heute nicht verstanden“ sind. Und dann spielt jenseits von Chemie und Physik auch noch die Psychologie hinein, die Frage also, wie meine ganz persönlichen Gefühle, Gemütszustände, Erinnerungen, Erwartungen den Geschmack eines Schnitzels beeinflussen. „Aufnehmen“ wie ein Musikstück lässt sich so etwas also nicht.

Dennoch: Andrea Büttner und ihre Forscherkollegen aus zwei bayerischen Fraunhofer-Instituten arbeiten daran, nun auch die Wahrnehmungen der „chemischen“ Sinne zu digitalisieren. Der dafür eingerichtete „Campus der Sinne“ mit seiner auf fünf Jahre angelegten Aufbauphase gilt als Vorzeigeprojekt praxisorientierter deutscher Spitzenforschung. Über die Fachgrenzen hinweg haben sich dafür Biowissenschaftler und Lebensmittelforscher aus Freising zusammengetan mit Ingenieuren und Digitalisierungs-Spezialisten in Erlangen. Die Leitung liegt bei Andrea Büttner und Albert Heuberger.

Die Kunst des Weglassens

Gerade das Erlanger „Institut für Integrierte Schaltungen“ hat womöglich den ersten Schlüssel zu dieser Mammut-Aufgabe bereits in der Hand: die Kunst des Weglassens. Das IIS war maßgeblich beteiligt an der Entwicklung des „mp3“-Standards für Audio-Dateien, ohne den heute buchstäblich kein einziges Smartphone, kein Computer mehr auskommt. Jens-Uwe Garbas vom IIS weist darauf hin, dass schon bei dieser Audio-Kodierung die menschliche Wahrnehmung berücksichtigt worden ist. Frequenzen, die das Ohr nicht wahrnehme, würden herausgerechnet, Musikdateien auf diese Weise recht schlank und leicht zu verarbeiten.

Andrea Büttner denkt als Biowissenschaftlerin nun auf genau dieser Linie weiter: Man müsse erst einmal herausarbeiten, welche der vielen Bestandteile eines Lebensmittels oder Gegenstands überhaupt geschmacks- und geruchswirksam für den Menschen würden. Intelligente, mitdenkende Sensoren könnten dann etwa im Dienst der Lebensmittelforschung entschlüsseln, was uns schmeckt.

Oder sie könnten für die Bauern herausfinden, wann ein Apfel den idealen Reifegrad erreicht habe: „Es ist dabei nicht notwendig, dass die Maschinen genau die gleichen Moleküle riechen können wie der Mensch. Wir müssen nur die technische Übersetzung hinkriegen; wir müssen die analytischen Kerngrößen bestimmen, die für die menschliche Wahrnehmung relevant sind und herausfinden, wie sich solche Größen oder Marker-Substanzen maschinell messen lassen.“

Digitalisierung der Sinne: Was ist Kirsche? Marzipan?

Aber in welcher Sprache formuliert man Gerüche? Wie standardisiert man technisch, was bisher jeder Mensch auf seine Weise und nicht selten recht unterschiedlich beschreibt? „Da geht’s schon los“, sagt Büttner: „Ein schönes Beispiel ist Benzaldehyd. Der Geruch erinnert die einen an Marzipan, die anderen an Bittermandel, wieder andere an Kirsche.“ Hinzu kommen geographische und kulturelle Unterschiede im Erleben und Wiedergeben von Geschmack. Oder in der Definition, was unerwünschte „Störstoffe“ sind. Und all das sollen künftig Maschinen erfassen, bewerten, simulieren?

Garbas sagt, bisher sei die Sensorik technisch-analytisch ausgerichtet: was ist die Zusammensetzung, die Konsistenz eines Produkts? Da solle nun die Frage einziehen: Was empfindet der Mensch dabei? Die physiologisch-medizinische Forschung wiederum solle sich fragen: Wie kann man aus den eigenen Erkenntnissen technisch nutzbare Systeme machen? Das „Charmante“ am „Campus der Sinne“ sei, dass dort nun beides zusammengebunden werde.

Von einem anderen Wechselspiel spricht Andrea Büttner: „Wir haben so viele komplexe Daten vor uns; um sie auszuwerten, sind wir auf maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz angewiesen. Damit lernen wir selber, unsere eigenen Sinneswahrnehmungen zu verstehen. Umgekehrt brauchen wir Konzepte, wie wir Sinneswahrnehmungen in maschinelle Systeme übersetzen, um dann wiederum die Künstliche Intelligenz voranzubringen.“ Maschinen, so Büttner, könnten ja nur  intelligenter werden, „wenn sie auch fühlen können und bewerten, was wichtig ist, was Sinn macht.“ Das braucht eine Digitalisierung der Sinne.

Digitalisierung der Sinne bedeutet emotionale Computer

Garbas fügt an: „Einer Maschine das Spiel Go beizubringen, ist eine Wahnsinnsleistung, es stattet diese Maschine aber nicht mit menschenähnlichen Fähigkeiten aus.“ Am „Campus der Sinne“ arbeite man aber gerade daran, die KI mit menschlichen Sinnen auszustatten. „Geruch und Geschmack haben viel mit Erinnerung zu tun. Wenn ich etwas rieche, das wie daheim riecht, löst das bestimmte Gefühle in mir aus.“ Die Vision sei es eben, „bei der Künstlichen Intelligenz nicht nur analytische, sondern auch emotionale Intelligenz zu schaffen.“ Das liege noch brach, sagt Garbas, werde aber „enorm wichtig werden.“

Ein „Mikrofon“ oder eine „Kamera“ – derart einheitliche Systeme, vermutet Andrea Büttner, werde es für die Erfassung chemischer Sinneswahrnehmungen in absehbarer Zeit wohl nicht geben: „Die Lösungen werden sich eher, maßgeschneidert-verschieden, am konkreten Anwendungsfall orientieren.“ Die potenziellen Anwender sind – in Gestalt von mehr als 75 Firmen – schon beim Campus der Sinne dabei.
Und welche Branchen, außer der Lebensmittelindustrie profitieren von der Digitalisierung der Sinne? Büttner antwortet: „Besser wär’s zu fragen: Welche nicht?“ Es gehe ja um alle Sinne, also auch um Gebrauchsgegenstände, Spielwaren, Textilien, Wellness, Auto, Film und Kino nicht zuletzt. Sogar die Architektur erkenne immer stärker den Geruch als Wohlfühlfaktor.

Mehr als zwanzig Wissenschaftler aus den beiden Fraunhofer-Instituten und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, so Garbas, sitzen bereits an der Arbeit. Erste Ergebnisse sollen im ersten Quartal 2019 präsentiert werden. „Anfassbar“, sagt Garbas, sollen sie sein. Als erstes hätte also die taktile Wahrnehmung, der Tastsinn, etwas davon.

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