تكنولوجيا الروائح الرقمية Digital Scent Technology تسعى لتحقيق تجربة حسية غامرة من خلال إرسال الروائح مع الصوت والصورة، ما يضيف بُعدًا جديدًا للتفاعل مع الوسائط المتعددة.

ولفهم آلية كيف يمكننا نقل الروائح كتجربة رقمية وتخيل ذلك، لابد في البداية من فهم كيف ينتقل كل من الصوت والضوء وطبيعة عمل كل منهما.

الروائح لا تنتقل مثل الصوت والضوء بسبب اختلاف طبيعة كل منهما:

١. طبيعة الصوت:

الصوت هو موجة ميكانيكية ناتجة عن اهتزاز الجزيئات في وسط مادي مثل الهواء، الماء أو المواد الصلبة.

٢. طبيعة الضوء:

الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية تتكون من مجالين كهربائي ومغناطيسي متعامدين مع بعضهما البعض ومع اتجاه حركة الموجة.

٣. طبيعة الروائح:

الروائح تتكون من جزيئات كيميائية صغيرة جدا ومتطايرة (جزيئات عطرية) تتبخر وتنتقل عبر الهواء.

لكي تصل الرائحة يجب أن تتحرك الجزيئات المادية نفسها من مصدر الرائحة إلى الأنف.

الاختلاف في النقل:

الصوت ينتقل على شكل ضغط وتمدد لجزيئات الوسط المحيط الناتجة من اهتزاز مصدر الصوت مما يخلق ضغطًا وتمددًا في جزيئات الوسط المحيط ينتج عنه موجات طولية تتكون من مناطق ضغط حيث تتقارب الجزيئات ومناطق تمدد حيث تتباعد الجزيئات، ثم تتحرك الموجات عبر الوسط المادي، حيث تنقل الطاقة من الجزيئات المهتزة إلى الجزيئات المجاورة دون أن تتحرك الجزيئات نفسها لمسافات بعيدة.

عندما تصل الموجات الصوتية إلى الأذن، تهتز طبلة الأذن بنفس تردد الموجة الصوتية، يتم تحويل هذه الاهتزازات إلى إشارات كهربائية تُرسل إلى الدماغ عبر العصب السمعي.

الصوت ينتقل بشكل أفضل وأسرع في المواد الصلبة مقارنة بالسوائل والغازات، لأن الجزيئات في المواد الصلبة متقاربة أكثر.

سرعة الصوت تعتمد على كثافة وخصائص الوسط، كلما زادت كثافة الوسط (مثل الماء مقارنة بالهواء)، زادت سرعة انتقال الصوت.

في الهواء حوالي ٣٤٣ م/ث.

في الماء: أسرع بكثير (حوالي ١.٤٨٠ م/ث).

في المواد الصلبة: أسرع من السوائل بسبب كثافة الجزيئات، في الحديد مثلا حوالي ٥٠٠٠ م/ث.

ارتفاع درجة الحرارة يزيد من سرعة الصوت في الغازات لأن الجزيئات تتحرك بشكل أسرع.

يمكن للضوء الانتقال عبر الفراغ أو الهواء، لأنه لا يحتاج إلى مادة أو جزيئات كيميائية.

الضوء طاقة غير مادية ينتقل في الفراغ أوعبر وسائط مادية مثل الهواء أو الماء، ولا يحتاج لنقله إلى وسط مادي مثل الهواء أو الماء إذ يمكنه الانتقال في الفراغ (الفضاء).

عندما يدخل الضوء في وسط مثل الهواء أو الماء، تقل سرعته بسبب تفاعل الفوتونات مع جزيئات الوسط، وينتقل بسرعة أقل في المواد الصلبة والسائلة مقارنة بالغازات أو الفراغ.

عندما يصطدم الضوء بسطح عاكس ينعكس، وعندما يدخل من وسط إلى آخر (مثل الهواء إلى الماء) ينكسر ويتغير اتجاهه.

الضوء ذو الطول الموجي الأقصر (مثل الأزرق) ينكسر أكثر من الضوء ذو الطول الموجي الأطول (مثل الأحمر).

الضوء يتكون من جسيمات صغيرة تسمى الفوتونات، وهي حزم من الطاقة، هذه الفوتونات تتحرك بسرعة الضوء وتنقل الطاقة.

ضوء الشمس يصل إلى الأرض عبر الفراغ، ينعكس وينكسر عند مروره عبر وسائط مختلفة كالهواء والماء.

العين تلتقط الضوء المنعكس من الأشياء ويتم تفسير هذه الإشارات في الدماغ كصورة.

ويعد الضوء أسرع بكثير من الصوت.

والآن حان وقت الحديث باستفاضة عن الروائح والتي هي أساس مقالنا لليوم.

كيفية انتقال الرائحة

الرائحة تنتقل من مصدرها إلى الأنف عبر حركة الجزيئات المتطايرة، هذه الجزيئات هي مركبات كيميائية صغيرة وخفيفة يمكن أن تنتشر في الهواء أو عبر وسيط آخر.

مراحل انتقال الرائحة

١. التبخر من المصدر:

تبدأ العملية عندما تتطاير المركبات العطرية من مصدر الرائحة (مثل زهرة، عطر أو طعام)، يعتمد التبخر على خصائص المادة مثل درجة التطاير ودرجة الحرارة المحيطة.

٢. الانتشار في الهواء:

بعد التبخر تنتقل الجزيئات عبر الهواء عن طريق عملية الانتشار، حيث تتحرك الجزيئات من منطقة ذات تركيز عالٍ (قرب المصدر) إلى منطقة ذات تركيز منخفض (بعيدًا عن المصدر).

الرياح أو حركة الهواء يمكن أن تزيد سرعة انتقال الرائحة وانتشارها.

٣. الوصول إلى الأنف:

تدخل الجزيئات المتطايرة إلى الأنف مع الهواء الذي نتنفسه، تصل الجزيئات إلى المستقبلات الشمية الموجودة في الجزء العلوي من التجويف الأنفي.

٤. التفاعل مع المستقبلات الشمية:

ترتبط الجزيئات بالمستقبلات الشمية التي تميز أنواع الروائح المختلفة وترسل إشارات إلى الدماغ ليتم تفسيرها كرائحة محددة.

العوامل المؤثرة في انتقال الرائحة

١. الطبيعة الكيميائية للجزيئات:

الجزيئات الأخف والأكثر تطايرًا تنتقل أسرع.

٢. درجة الحرارة:

الحرارة تزيد من سرعة تبخر الجزيئات، وبالتالي تزيد من قوة الرائحة.

٣. حركة الهواء:

الهواء الساكن يقلل من انتشار الرائحة، بينما الرياح أو التهوية تزيد من وصولها إلى الأنف.

٣. الرطوبة:

تؤثر الرطوبة على انتشار الجزيئات، حيث يمكن للرطوبة العالية أن تقلل تطاير بعض المركبات.

التقنية والتحكم:

يمكن تحويل الصوت إلى إشارات كهربائية وإعادة إرساله واستقباله باستخدام تقنيات مثل الميكروفونات ومكبرات الصوت.

ينتقل الضوء بسرعة فائقة (حوالي ٣٠٠.٠٠٠ كيلومتر/ثانية في الفراغ) مقارنة بالماء أو الزجاج بسبب كثافة المواد.

يمكن التقاط الضوء وتحويله إلى إشارات إلكترونية (مثل الكاميرات والشاشات).

أما الروائح فتحتاج إلى نقل الجزيئات المادية، وهذا يتطلب تقنيات متطورة لتحليل الجزيئات وإعادة تكوينها في موقع آخر، هذه الأسباب تجعل نقل الروائح تحديًا تقنيًا مختلفًا تمامًا عن نقل الصوت والضوء، لكنه مجال يجري البحث فيه كما ظهر في فكرتك حول إرسال الروائح رقميًا.

يتساءل الكثير من الناس حالياً عما إذا كان من الممكن للهواتف الذكية وشاشات التلفاز أن تنقل الروائح قريباً، وذلك بعد أن بدأت في نقل الصوت فقط ثم تطورت لتصبح صوتاً ونصاً، ثم انتقلت إلى مكالمات الفيديو التي تنقل الصوت والصورة معاً.

يقول تقرير “ديسكفر مغازين” إن الباحثين والشركات يعملون بالفعل حالياً على إنشاء أجهزة رقمية لصنع الروائح، لكن هذه التقنية التي يجري تطويرها لا زالت تواجه العديد من التحديات.وبحسب التقرير فان من بين هذه التحديات تصميم نظام يمكنه إنتاج آلاف الروائح المختلفة باستخدام عدد قليل فقط من الخراطيش، والتحدي الآخر هو كيفية التحكم في مدى قوة الرائحة ومدة انبعاثها من الهاتف، كما ستحتاج الهواتف أيضاً إلى استشعار الروائح بالقرب منها وتحويلها إلى أكواد رقمية حتى تتمكن هواتف أصدقائك من إرسال الروائح إليك.

وبحسب تقرير نشرته مجلة “ديسكفر مغازين” فإن من الممكن مستقبلاً إجراء مكالمات فيديو تنقل لك الصوت والصورة والرائحة معاً عبر هاتفك النقال، وقال جيان ليو وهو أستاذ مساعد في الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر في جامعة تينيسي الأميركية: “عندما تستمع إلى الموسيقى أو تتحدث إلى شخص ما على هاتفك، يمكنك سماع الصوت من خلال مكبرات الصوت المدمجة، تحول هذه السماعات الإشارات الرقمية إلى اهتزازات مادية باستخدام مكون صغير يسمى الحجاب الحاجز، وتستشعر أذنيك هذه الاهتزازات كموجات صوتية”، ويقول إن الهاتف النقال الذكي يحتوي أيضاً على شاشة تعرض الصور ومقاطع الفيديو، وتستخدم الشاشة نقاطاً صغيرة تُعرف بالبكسل تتكون من ثلاثة ألوان أساسية: الأحمر والأخضر والأزرق، ومن خلال مزج هذه الألوان بطرق مختلفة، يمكن لهاتفك أن يُظهر لك كل شيء من مشاهد الشاطئ الجميلة إلى الجراء اللطيفة، ويقول ليو إنه بالنسبة لحاسة الشم، فإن الروائح تتكون من جزيئات صغيرة وهي الجزيئات التي تطفو في الهواء وتصل إلى الأنف، ثم يُرسل أنفك إشارات إلى دماغك الذي يحدد الرائحة، إذن، هل يمكن لهاتفك أن يرسل إليك جزيئات الرائحة هذه؟ العلماء يعملون على ذلك حالياً، ويقول ليو إن علينا التفكير في كيفية عمل شاشة الهاتف، فهي لا تحتوي على كل لون في العالم مخزناً بداخلها، وإنما بدلاً من ذلك تستخدم ثلاثة ألوان فقط لإنشاء ملايين الألوان والظلال المختلفة، ويضيف: تخيل الآن شيئاً مشابهاً للروائح، حيث يطور العلماء تقنية الروائح الرقمية التي تستخدم عدداً صغيراً من الخراطيش المختلفة، كل منها يحتوي على رائحة معينة، وتماماً مثل كيفية خلط البكسلات من ثلاثة ألوان لإنشاء صور، يمكن خلط خراطيش الروائح هذه لإنشاء روائح مختلفة، تماماً مثل الصور الموجودة على هاتفك المصنوعة من أكواد رقمية تمثل مجموعات من البكسلات، يمكن إنشاء الروائح التي ينتجها هاتف مستقبلي باستخدام أكواد رقمية، يمكن أن يكون لكل رائحة وصفة محددة تتكون من كميات مختلفة من المكونات الموجودة في الخراطيش، وعندما تتلقى رمز رائحة رقمي يمكن لهاتفك خلط كميات صغيرة من الروائح المختلفة من الخراطيش لإنشاء الرائحة المطلوبة، إن هذا المزيج سوف يتم إطلاقه من خلال فتحة صغيرة في الهاتف، مما يسمح لك بشم رائحته، وباستخدام عدد قليل من الخراطيش يمكن لهاتفك أن ينتج مجموعة كبيرة ومتنوعة من الروائح، تماماً كما يمكن للبكسلات الحمراء والخضراء والزرقاء أن تنتج ألواناً لا حصر لها”.

تخيل عالماً يمكن فيه إرسال الروائح مثل الرسائل، جعلت شركة أوسمو ذلك حقيقة باستخدام الذكاء الاصطناعي لرقمنة وإعادة إنتاج رائحة البرقوق الصيفي بالكامل دون أي تدخل بشري، هذا الابتكار يمنح أجهزة الكمبيوتر “حاسة الشم” لأول مرة.

طريقة العمل:

١. يتم تحليل الرائحة ورقمنتها باستخدام كروماتوغرافيا الغاز وقياس الطيف الكتلي لالتقاط “بصمة الرائحة” بدقة على المستوى الجزيئي.

٢. يقوم الذكاء الاصطناعي بعد ذلك بمطابقة البيانات مع قاعدة بيانات أوسمو وهي أكبر مكتبة للروائح في العالم لإنشاء صيغة رقمية للرائحة.

٣. وأخيراً يعيد نظام روبوتي إنتاج الرائحة بشكل مطابق، مما يجعل من الممكن تجربة الرائحة عن بُعد.

قد يبدو هذا التطبيق غريبًا بعض الشيء، لكن “نقل الروائح” قد يكون له تأثير هائل في عدة صناعات، تخيل ارتداء خوذة الواقع الافتراضي ليس فقط لرؤية البيئة الافتراضية بل أيضًا للشعور برائحتها، ربما لا يناسب هذا جميع الألعاب، لكنه سيجعل تجربة مشاهدة عروض الطهي الافتراضية أكثر انغماسًا بفضل مساعدة حاسة الشم، كما تشير أوسمو إلى الإمكانيات الصحية لإعادة إنتاج الروائح في العلاج لاضطرابات مثل فقدان حاسة الشم أو كوسيلة لتشخيص حالات تتغير فيها حاسة الشم كعرض.

وسنستعرض لكم العملية التقنية لتحويل الروائح الرقمية والاستمتاع بهذه التجربة الغنية مع كل من الصوت والصورة عند مشاهدة فيلم ما، تجربة مستقبلية تعد بالكثير من المغامرة في عالم التكنولوجيا الرقمية.

١. تحليل الرائحة وتخزينها كبيانات رقمية من خلال:

استخدام أجهزة تحليل الرائحة:

أجهزة مثل “الأنف الإلكتروني” (E-Nose) تكتشف الجزيئات الكيميائية للرائحة وتفككها إلى مكوناتها الأساسية.

يتم تحليل التركيب الكيميائي وتسجيله كرمز رقمي (Scent Code).

تخزين الروائح في قاعدة بيانات:

تُحفظ الأكواد الرقمية للروائح في قاعدة بيانات يمكن استدعاؤها عند الحاجة.

٢. إرسال الروائح مع المحتوى الرقمي

عند بث حلقة طبخ أو فيلم يتم دمج أكواد الروائح مع الصوت والصورة في ملف رقمي.

الأكواد تُرسل إلى الجهاز المستخدم من قِبل المشاهد (مثل تلفاز ذكي أو جهاز VR).

٣. إعادة إنتاج الروائح عند المشاهدة من خلال:

استخدام جهاز مخصص لإطلاق الروائح:

جهاز صغير مزود بعبوات تحتوي على مركبات عطرية أساسية.

يحتوي الجهاز على وحدات ميكروية تخلط وتطلق الروائح بناءً على الكود الرقمي المستلم.

تزامن الروائح مع المشهد:

يتم التحكم في توقيت إطلاق الروائح بواسطة نظام البرمجيات لتتزامن مع مشاهد محددة في الفيلم أو البرنامج.

على سبيل المثال عند عرض مشهد خبز بيتزا، يُطلق الجهاز رائحة الطماطم الطازجة والأعشاب المحمصة.

التقنيات المستخدمة في هذه التكنولوجيا

١. أجهزة إطلاق الروائح (Scent Emitters):

مثل “Ophone” أو “FeelReal VR” التي تحتوي على كبسولات عطرية صغيرة لإنتاج روائح مختلفة.

٢. تكنولوجيا المزج الكيميائي:

تمزج الروائح الأساسية بنسب دقيقة لإعادة تكوين الروائح المعقدة.

٣. البرمجيات التزامنية:

تعمل على مزامنة إطلاق الروائح مع الصوت والصورة لضمان تجربة واقعية.

الصعوبات التي تواجه تقنية الروائح الرقمية

على الرغم من أن تقنية الروائح الرقمية تقدم تجربة حسية مبتكرة، إلا أنها تواجه تحديات تقنية وتجارية ولوجستية قد تعيق تطورها وانتشارها.

١. الصعوبات التقنية

أ. إعادة إنتاج الروائح بدقة:

تحويل الروائح الطبيعية إلى صيغة رقمية ثم إعادة إنتاجها بدقة يمثل تحديًا كبيرًا.

الرائحة تعتمد على تفاعل مئات الجزيئات الكيميائية، ما يجعل تركيبها الصناعي صعبًا.

ب. توقيت الروائح ومزامنتها:

يتطلب إطلاق الروائح تزامنًا دقيقًا مع الصوت والصورة، أي تأخير قد يفسد التجربة.

صعوبة ضبط انتشار الروائح بحيث تصل في الوقت المناسب وتنتهي فورًا لتجنب تداخلها.

ج. تصميم الأجهزة:

أجهزة إطلاق الروائح تحتاج إلى أن تكون صغيرة، عملية وقادرة على مزج الروائح بدقة.

الصعوبة في جعل الأجهزة تعمل لفترات طويلة دون الحاجة إلى استبدال الكبسولات العطرية.

٢. الصعوبات الكيميائية

أ. تخزين الروائح:

المواد العطرية المستخدمة قد تتدهور أو تفقد فعاليتها بمرور الوقت.

الحاجة إلى كبسولات تخزين مستقرة وآمنة.

ب. تطور مركبات الروائح:

بعض الروائح قد تكون معقدة جدًا أو غير قابلة للاستنساخ كيميائيًا.

ج. التفاعلات مع البيئة:

الروائح قد تتأثر بالرطوبة، درجة الحرارة أو التهوية في المكان.

3. الصعوبات الاقتصادية والتجارية

أ. التكلفة العالية:

تطوير الأجهزة، المواد الكيميائية والبرمجيات يتطلب استثمارات كبيرة.

أسعار الأجهزة قد تكون مرتفعة جدًا، مما يجعلها غير متاحة للمستهلك العادي.

ب. ضعف الطلب:

السوق لم يتكيف بعد مع فكرة الروائح الرقمية، ما يجعل الإقبال محدودًا.

تردد المستهلكين في اعتماد تقنية جديدة قد تكون غير عملية في بعض الحالات.

ج. توفير الكبسولات العطرية:

الحاجة إلى تصنيع وتوزيع كبسولات عطرية متخصصة لكل جهاز قد يزيد من التكاليف اللوجستية.

٤. الصعوبات البيئية والصحية

أ. تأثير الروائح على الصحة:

بعض المركبات العطرية قد تسبب حساسية أو مشاكل تنفسية لدى المستخدمين.

الحاجة إلى ضمان أمان المواد المستخدمة على المدى الطويل.

ب. التلوث البيئي:

إنتاج الروائح وإطلاقها قد يؤدي إلى مخلفات كيميائية أو تأثيرات بيئية غير مرغوبة.

٥. الصعوبات اللوجستية

أ. تداخل الروائح:

في الأماكن المزدحمة قد يحدث تداخل بين الروائح المنبعثة من أجهزة مختلفة مما يفسد التجربة.

ب. نشر التقنية عالميًا:

صعوبة توفير الأجهزة والمواد العطرية في جميع أنحاء العالم بسبب التكاليف أو القيود التنظيمية.

تحويل الروائح إلى تجربة حسية مدمجة مع الصوت والصورة يتم عبر تحليل الروائح، تحويلها إلى بيانات رقمية وتخزينها، ومن ثم إعادة إنتاجها باستخدام أجهزة خاصة عند الحاجة.

تواجه تقنية الروائح الرقمية تحديات تقنية وكيميائية وتجارية تتعلق بدقة الإنتاج، التكلفة العالية، وتأثيرها على الصحة والبيئة. تحتاج هذه التقنية إلى مزيد من التطوير والابتكار لجعلها عملية ومناسبة للاستخدام اليومي، ولكنها ستضيف بُعدًا جديدًا للتفاعل مع المحتوى، مما يجعل المشاهد يشعر وكأنه يعيش الحدث بكل حواسه.