五感を支えるセンサー

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2015年に、私は、人間の5つの主要な感覚、すなわち視覚、嗅覚、味覚、触覚、聴覚が、センサーを使ってどのように再現されつつあるかを考察しました。私たちは感覚を通じて日々の生活を送っています。感覚によって周囲の環境を捉え、自分たちが生きる世界を理解できます。しかし、私たちは感覚で捉えられる世界にも制約されています。ある感覚が低下した場合、補聴器のようにその働きを補ったり高めたりする方法や、点字や手話のように別の感覚で補う方法が考えられます。

現在では、目、耳、鼻、舌、手の機能を補助したり、完全に代替したりする機器（およびIoT技術）が開発されています。感覚受容器は、身体に装着または組み込まれ、同じ機能を果たすマイクロチップ搭載デバイスに置き換えることができます。

2015年当時のテクノロジーには目を見張るものがありました（「目」だけに）。そこで、この数年でどれほど進歩したのかを検証したいと思いました。

視覚：Google Glassを覚えていますか？ 開発が終了する前には、自動車と接続し、レンズ上にテレメトリ情報を表示する眼鏡の開発が進められていました。現在では、こうした情報をフロントガラスに投影するデバイスや、ガラスに組み込まれた技術を使って表示するデバイスを利用できます。また、壁の向こう側を「見る」ことができる技術も登場しています。

世界には2億8,500万人の視覚障害者がおり、そのうち3,900万人は全盲です。従来、視覚障害者向けのセンサーベースの支援機器は機能が限られており、通常は障害物の存在をユーザーに知らせるだけでした。現在では、周囲の状況を把握し、より安全に移動できるウェアラブル支援機器が研究者によって開発されています。これらの機器は、現在、ソナー搭載リストバンドまたはレーダーモニターとして提供されており、周波数波を利用して、振動または音声でフィードバックを伝えます。

さらに、バイオニックアイの開発も進められており、視覚障害のある患者を対象に、ブレイン・コンピューター・インターフェースを利用したバイオニックインプラントの試験が行われています。これらのデバイスにより、特定の遺伝性眼疾患を持つ患者の視覚が一部回復する可能性があります。カメラと、眼の周囲および網膜細胞に埋め込まれた電極アレイによって、視覚情報を視神経に沿って脳へ伝達し、患者の視野に光のパターンを生じさせることができます。結果は完全ではありませんが、視覚が限られている方や低下しつつある方に希望をもたらします。

嗅覚： Smell-O-Visionや1940～50年代のSmell-O-Ramaから、モバイルデバイスに接続して香りを放つ小型機器に至るまで、匂いを発生させる装置は以前から存在しています。また、煙、ラドン、一酸化炭素の検知器など、空気中の物質を「嗅ぎ取る」装置もあります。研究者はすでに、呼気中のアセトンを検出することで糖尿病を嗅ぎ分けるウェアラブルセンサーを開発しており、メラノーマの匂いを識別するセンサーの活用方法も明らかにしています。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ます。現在の電子鼻は、選択的に反応が重複するガスセンサーアレイとパターン認識コンポーネントを使用し、人間の鼻よりも効果的に匂いを検出できます。匂いや風味は全体的なフィンガープリントとして認識され、匂いの特性評価に使用される信号パターン（デジタル値）が生成されます。「悪臭」をN乗したら、どれほど臭くなるのでしょうか？

聴覚：英国企業のWifore Consultingによると、聴覚技術だけでも2020年までに400億ドル規模の市場になると予測されています。2018年時点では50億ドルでした。現在では、警報装置や人工内耳のほか、一連の振動を通じて聴覚障害者が音を認識できるよう支援するウェアラブルベストもあります。複数のセンサーが音を捉えて振動し、装着者は音を聞く代わりに体で感じることができます。振動は、発生した音とまったく同じ周波数で生じます。（コンサートで大音量のスピーカーのそばに立ち、音を体で感じたことはありませんか。低音の響きは、聞こえなくても感じ取れます。）

手話を知らない人とのコミュニケーションはどうでしょうか？試作版のSignAloudグローブは、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、誤訳があることや、意味や意図を伝えるうえで役立つ眉の動き、手話をする人の体の動き、口の動きといった補助的な合図を含む、手話の微妙なニュアンスを捉えられないことから、批判もありました。別のグローブでは、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、表情による補足が不要になります。また別のバージョンでは、翻訳結果を装着者のスマートフォンに直接送信し、スマートフォンで単語やフレーズを読み上げることができます。

触覚：2013年には、研究者が柔軟なセンサーを開発しました。このセンサーは温度、圧力、湿度を同時に検出でき、人間の皮膚が持つ感覚機能の再現に向けた大きな進歩となりました。また、University of Pittsburg Medical Centerは、ロボットアームを設計しました。このロボットアームにより、ユーザーはロボットの指に加わった接触を感じることができます。

そして今、人工神経まで登場しています。皮膚に埋め込まれた感覚ニューロンと同じように、絆創膏のような見た目の柔軟なデバイスが接触を検知し、その情報を処理してほかの神経へ伝達します。この人工神経は0と1ではなく、生体神経と同じ信号方式を用いるため、ゴキブリの脚であれ、切断された手足に残る神経終末であれ、生体と直接通信できます。

現在の義肢は、使用者の脳活動を読み取り、それに応じて動くことができます。しかし、その逆、つまり電圧を電気パルスに変換する回路を想像してみてください。この人工神経が出力するのは、身体が理解できる電気的パターン、すなわち「神経コード」です。コンピューターのことは忘れて、今こそ神経の時代へ！

味覚： Internet of Foodは拡大しています。これまでに、不衛生なレベルの汚染物質を含む油を検知できるスマート箸、食べた回数を記録するフォーク、飲んだ量とカロリーを計測するスマートカップについて取り上げてきました。

The field of 化学感覚研究の分野では、味細胞に発現する主要な受容体を特定し、それらの受容体が脳に信号を送る仕組みを解明することに重点を置いています。たとえば研究者は、甘味物質や苦味物質がそれぞれの標的受容体にどのように結合するかについて、理解を深めようとしています。私たちが味覚として捉えているものは、多くの場合、食品成分の分子組成と嗅覚の組み合わせから生じます。IBM Research Blogによると、IBMのHypertasteは「電極のペアで構成された電気化学センサーを使用しており、各ペアは複数の分子の組み合わせを検知すると電圧信号を発します……すべての電極ペアから得られる電圧信号を組み合わせることで、その液体固有のフィンガープリントが形成されます」。また、人間の味覚と同じようにトレーニングも必要です。さらに別の味覚システムでは、センサーと電極を使ってレモネードの基本的な色と酸味をデジタル信号として水の入ったタンブラーに伝え、夏の定番ドリンクのような見た目と味を再現できます。

いずれにしても、これらのテクノロジーが適切に機能するには、アプリケーション、サービス、そして何らかのコードが必要です。SFの世界ならともかく、個人の考え方がこれほど急速にソフトウェアへ組み込まれるようになると、誰が想像したでしょうか。

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