Digitale Düfte: Wie KI unseren Geruchssinn entschlüsselt

vor 5 Tagen
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Eine Maschine riecht verdorbene Lebensmittel, bevor ein Mensch es bemerkt. Ein System schlägt Alarm bei Gaslecks, lange bevor Gefahr droht. Was kürzlich noch unmöglich schien, funktioniert bereits in Laboren.

Künstliche Intelligenz erobert einen Sinn, der bisher als unmöglich zu digitalisieren galt: den Geruchssinn. Während Computer längst sehen und hören können, blieb das Riechen analog – bis jetzt.

Geruch ist unser primitivster Sinn – und der rätselhafteste

Ein Hauch Sonnencreme katapultiert uns in die Kindheit zurück. Doch warum genau diese Moleküle diese Erinnerung auslösen, konnte die Wissenschaft nie erklären. Anders als Farbe oder Ton ließ sich Geruch nicht in ein System pressen: Moleküle mit nahezu identischer Struktur können völlig unterschiedlich riechen, während chemisch grundverschiedene Stoffe denselben Duft erzeugen.

Wir Menschen besitzen 356 verschiedene Geruchsrezeptoren, die wie Schlösser funktionieren: Duftmoleküle passen als Schlüssel hinein und lösen elektrische Signale aus. Eine einzige Erdbeere setzt Dutzende Moleküle frei – Furaneol (karamellig-süß), Hexanal (grün-scharf), cis-3-Hexenol (blättrig-frisch) –, die gemeinsam das charakteristische Aroma erzeugen. Jeder Atemzug aktiviert eine einzigartige Kombination von Rezeptoren, ähnlich wie Tasten auf einem Klavier. So können wir über eine Billion verschiedene Gerüche unterscheiden.

Das Geheimnis der Düfte

Jahrhundertelang versuchten Parfümeure, dieses olfaktorische Rätsel zu lösen. Im 19. Jahrhundert isolierten Chemiker erstmals einzelne Duftmoleküle – Vanillin aus Vanilleschoten, Cumarin aus Tonkabohnen. Die Parfümindustrie florierte, von Chanel No. 5 (1921) mit seinen synthetischen Aldehyden bis heute. Doch die Vorhersage, wie ein neues Molekül riecht, blieb Glückssache.

Und: Natürliche Düfte sind teuer (und werden zudem nicht immer ethisch einwandfrei produziert): Für ein Gramm Rosenöl werden 60.000 Blüten benötigt, Ambra aus Pottwalen kostet Tausende Euro pro Kilogramm. KI-designte Moleküle könnten diese Ressourcen ersetzen – allergenfreier, ethischer, günstiger.

Künstliche Intelligenz kann jetzt riechen

Der Durchbruch kam 2023: Forscher von Google Brain (heute DeepMind) veröffentlichten im renommierten Fachjournal Science ihre Ergebnisse. Sie hatten ein neuronales Netzwerk mit über 5.000 Duftstoffen trainiert. Künstliche Intelligenz lernte, Moleküle als Graphen zu interpretieren – Atome als Knotenpunkte, Bindungen als Verbindungen.

Schicht für Schicht erkannte das Modell chemische Muster: erst lokale Strukturen wie Ringe, dann komplexere Motive. Am Ende komprimierte es jedes Molekül in einen hochdimensionalen „Duft-Fingerabdruck". Das Erstaunliche: Moleküle, die ähnlich rochen, landeten im gleichen Bereich dieser digitalen Landkarte – unabhängig von ihrer chemischen Struktur. Die erste „Geruchslandkarte" war geboren: die Principal Odor Map.

Das Start-up Osmo, 2022 als Ausgründung von Google Brain entstanden, nutzt diese Technologie bereits praktisch. Statt jahrelanger Laborarbeit designt die KI neue Duftmoleküle in wenigen Tagen. Glossine, Fractaline und Quasarine heißen die ersten vollständig KI-generierten Duftmoleküle – Inhaltsstoffe für Parfüms, die es in der Natur nie gab.

Die Plattform entwickelte auch über ein Dutzend DEET-Alternativen gegen Mücken und erforscht, ob Algorithmen Krankheiten wie Parkinson oder Diabetes am Körpergeruch erkennen können – ähnlich wie Spürhunde.

Was bald möglich ist

Die Labore liefern bereits beeindruckende Ergebnisse. Jetzt arbeiten Forscher daran, die Technologie aus dem Labor in die Praxis zu bringen. Vier Bereiche stehen dabei im Fokus:

Qualitätskontrolle: Sensoren könnten verdorbene Lebensmittel automatisch erkennen – schneller und zuverlässiger als jede Nase.
Sicherheit: Frühwarnsysteme für Gaslecks oder chemische Gefahren, die rund um die Uhr überwachen.
Produktentwicklung: Neue Duftstoffe in Tagen statt Jahren entwickeln.
Medizin: Krankheiten über die Atemluft diagnostizieren, lange bevor Symptome auftreten.

Digitale Geruchssensoren könnten in den nächsten Jahren für Mittelständler erschwinglich werden. Betriebe in der Lebensmittelproduktion, Chemie oder im Maschinenbau könnten damit Prozesse überwachen, die bisher manuelle Kontrollen erforderten. Die Systeme arbeiten rund um die Uhr und schlagen bei Abweichungen sofort Alarm.

Eine Bäckerei könnte zum Beispiel Sensoren einsetzen, die kontinuierlich die Backqualität überwachen. Die KI erkennt minimale Abweichungen im Duftprofil und meldet sofort, wenn ein Ofen falsch temperiert ist oder Rohstoffe nicht mehr optimal sind. Das spart Ausschuss und sichert gleichbleibende Qualität.

Die Grundlagen sind gelegt – jetzt beginnt der Weg vom Labor in die Praxis.

Glossar

Neuronales Netz: Ein KI-System, das nach dem Vorbild des menschlichen Gehirns funktioniert. Es erkennt Muster in großen Datenmengen.
Molekül: Der kleinste Baustein einer chemischen Verbindung. Gerüche entstehen, wenn Moleküle in unsere Nase gelangen.
Sensor: Ein technisches Bauteil, das physikalische oder chemische Eigenschaften misst und in digitale Signale umwandelt.