JP2008308649A - 匂いコーディングシステム及び方法、匂い合成システム、並びに、プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の匂いコーディングシステムでは、複数の匂い物質の分子構造情報に対応して分子情報パラメータ(図8参照)を格納する分子情報データベース及び複数の要素臭物質について多変量解析結果(PC1及びPC2)を格納する要素臭データベースが設けられ、ターゲット臭物質の分子情報に基づいて、分子情報データベースから対応する分子情報パラメータを取得する。また、分子情報検索部によって得られた分子情報を用いて、ターゲット臭物質の多変量解析を実行し、多変量解析結果を取得する。そして、ターゲット臭物質の多変量解析結果(PC1値及びPC2値)に基づいて、要素臭データベースからターゲット臭物質を合成するための要素臭物質に関する情報を取得する。
【選択図】図7
Description
感覚の定量には、明確な感覚内容の違いを反映した数値情報が必要となる。例えば視覚では、色の三原色を光の波長という物理量によって数値化し、表現している。また聴覚でも、音階を周波数という物理量によって数値化することで表現できる。一方、嗅覚では、Amooreが、同一系統の匂いを持つ分子間に共通する最も重要な要素は分子の形であるという、立体化学説を唱え、その結果、5種の受容体の形状と電荷の正と負の関係から原臭を7 種に定めた。
分子モデリング生体系の受容体による分子認識を評価するに当たり、匂い分子の形状及び特性を表現する必要がある。ここでは、分子情報科学的見地よりCambridgeSoft社のChem3D ver.9.0 の分子モデリングを用いる。分子モデリングとは、計算機上で分子を構築し、分析ツールや解析ツールとを組み合わせ、最適化された分子モデルを3次元的に表現することである。この分子モデリングを用いることで、匂い分子の性質を数値情報として抽出することができる。
M=AΛAt
ここで、Λは固有値(λi)を対角要素とする対角行列で、Aは固有値λi対応する固有ベクトルai(図8の重み係数に相当)としてA=[ a1 a2 a3..... ap]である。そして、固有値を大きいものから順に選びq<pなる少数のqを選ぶと、元のp個のデータはq個に圧縮され、次元が圧縮される。このとき内積Xaiを第i主成分得点という。
図3は、多変量解析によって得られた主成分散布図を示している。この散布図を見ると、右側にエタノールやギ酸などの分子量が小さい匂い分子が、左側にドデカノールやドデカン酸などの分子量が大きい分子がプロットされており、左に行くほど分子サイズが大きくなっている。つまり、横軸のPC1は主に匂い分子のサイズに関する情報を持っていると考えられる。また、電荷のないアルケンとベンゼンが上方に、電荷を持つそれ以外のものが、かたまって下方にプロットされていることから縦軸のPC2は電荷に関する情報を持っていると考えられる。
上述のように、図3に分布する要素臭の組み合わせによってターゲット物質の匂いを表現することができる。例えば、図6で示されるように、分子情報から作成された匂いコードの要素をプロットした主成分散布図を基に匂いコードPC1が近いもので例えば2つの要素臭でターゲット臭を混合するように選択する。このようにしてターゲット物質の匂い合成レシピを作成することができる。新たに用いた匂いコードによるレシピ作成手法は候補として用いる物質の種類が数10種類と非常に多く、また、固定的な静止画像では無く分子の動的な性質を反映するパラメータを基に計算している。そのため、同じサイズ情報を基にしているがその適合度は画像解析による方法よりも高くなっていると考えられる。
上述のように、本発明による匂いコーディングの原理・考え方について説明したが、以下、その匂いコーディングを実現するためのシステム及びアルゴリズムについて詳細に説明する。
図9は、要素臭データベース16を作成する方法を説明するためのフローチャートである。図9において、まずステップS901では、入力部12から最初の要素臭物質の分子構造情報が入力される。上述のように、要素臭を構成する匂い分子の数は限定されており、例えば204種類である。これらの物質は炭素鎖(CHn)と官能基との組み合せで表されるので、分子構造情報は明らかである。
図10は、ターゲット臭の合成レシピを作成する方法を説明するためのフローチャートである。なお、ステップS1001からS1003までの工程は、要素臭データベース作成のステップS901からS903と同等のものである。
図11は、匂いコード(要素臭コード及び混合比情報(重み係数))に基づいて、ターゲット臭を合成する匂い合成システム20の概略構成を示す図である。図11に示されるように、匂い合成システム20は、匂い合成に関わる処理を実行する処理部21と、利用者が指示や情報を入力するための入力部22と、処理部21による処理実行中に一時的に資料されるRAM23と、例えば図12で示される匂い合成プログラムが格納されるROM24と、匂いコーディングシステム100から伝送されてきた匂いコードを受信する通信部25と、処理部21の制御に従って実際に匂いを発生する匂い発生装置26とを備えている。そして、それぞれの構成部がバス27によって接続されている。
図12は、匂い合成システム20による匂い合成処理を説明するためのフローチャートである。ステップS1201では、通信部25が、匂いコーディングシステム100から送信されてきた匂いコードを受信する。或いは、入力部22から匂いコードが入力されるようにしてもよい。
以下、要素臭物質でターゲット臭物質を表現する場合の実際の例について説明する。ここで取り上げるターゲット臭物質は、フェネチルアルコールとリナリルアセテート(酢酸リナリル)である。
図18は、PC1による匂い合成レシピと従来の画像解析による匂い合成レシピを示す図である。得られた合成レシピを、従来の分子モデリング画像のフィッティングを用いた匂い合成のレシピと比較することでその有効性を評価した。これら2つの方法で得られた匂い合成のレシピにより合成された匂いのうち、どちらがターゲットに近いかを5段階評価を行った。すなわち、従来のレシピに比べて、1:大きく劣る、2:少し劣る、3:同じ、4:優れる、5:大きく優れる、という評価を4人のパネルによって行った。その結果を図19に示す。また、参考のため比較対象の画像解析による合成レシピの官能評価結果を図20に示す。こちらは、合成臭と単独の要素臭がターゲットの匂いに近いかどうかを5段階評価(1:全く異なる、2:異なる、3:どちらとも言えない、4:似ている、5:区別できない)により点数化したものである。
本実施形態による匂いコーディングシステムでは、複数の匂い物質の分子構造情報に対応して分子情報パラメータ(図8参照)を格納する分子情報データベース及び複数の要素臭物質について多変量解析結果(PC1及びPC2)を格納する要素臭データベースが設けられ、ターゲット臭物質の分子情報に基づいて、分子情報データベースから対応する分子情報パラメータを取得する。また、分子情報検索部によって得られた分子情報を用いて、ターゲット臭物質の多変量解析を実行し、多変量解析結果を取得する。そして、ターゲット臭物質の多変量解析結果(PC1値及びPC2値)に基づいて、要素臭データベースからターゲット臭物質を合成するための要素臭物質に関する情報を取得する。この要素臭物質に関する情報をコード化して出力する。このようにすることにより、少数の要素となる匂い物質により、多くの(任意の)匂いを合成できる匂いコードを生成することができる。また、この匂いコードを用いれば、任意の匂いを遠隔的に存在する匂い合成システムで再現することができる。よって、応用例としては、酒、味噌や醤油等の醸造蔵で検知した様々な匂いを遠隔的に存在する利用者に届け、この利用者は発酵具合を遠隔地でチェックすることができる。
Claims (19)
- ターゲット臭物質の合成レシピを作成してコーディングする匂いコーディングシステムであって、
複数の匂い物質の分子構造情報に対応して分子情報パラメータを格納する分子情報データベースと、
複数の要素臭物質について多変量解析結果を格納する要素臭データベースと、
前記ターゲット臭物質の分子情報に基づいて、前記分子情報データベースから対応する分子情報パラメータを取得する分子情報検索部と、
前記分子情報検索部によって得られた分子情報を用いて、前記ターゲット臭物質の多変量解析を実行し、多変量解析結果を取得する多変量解析部と、
前記ターゲット臭物質の多変量解析結果に基づいて、前記要素臭データベースから前記ターゲット臭物質を合成するための要素臭物質に関する情報を取得する要素臭決定部と、
前記要素臭物質に関する情報をコード化して出力する匂いコード出力部と、
を備えることを特徴とする匂いコーディングシステム。 - さらに、前記コード化された要素臭物質に関する情報を、ネットワークを介して設置された匂い合成システムに送信する通信部を備えることを特徴とする請求項1に記載の匂いコーディングシステム。
- さらに、前記要素臭決定部で得られた要素臭物質の混合比を演算する混合比演算部を備え、
前記匂いコード出力部は、前記混合比に関する情報をさらにコード化して出力することを特徴とする請求項1に記載の匂いコーディングシステム。 - 前記多変量解析部は、N個の情報からなる前記ターゲット臭物質の分子情報を圧縮して主要なk個の評価値(N>k)を生成し、この演算結果を前記多変量解析結果とすることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の匂いコーディングシステム。
- 前記多変量解析部は、前記ターゲット臭物質の分子情報を用いて、分子サイズに相関を有する第1の評価値を演算して前記多変量解析結果とすることを特徴とする請求項4に記載の匂いコーディングシステム。
- 前記多変量解析部は、さらに、前記ターゲット臭物質の分子情報を用いて、前記ターゲット臭物質の電荷分布に相関を有する第2の評価値を演算して前記多変量解析結果とすることを特徴とする請求項5に記載の匂いコーディングシステム。
- 前記要素臭データベースは、前記複数の要素臭物質の分子情報を圧縮して得られた評価値を各要素臭物質に対応させて格納していることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の匂いコーディングシステム。
- 前記要素臭データベースは、前記複数の要素臭物質の分子情報を用いて、分子サイズに相関を有する第1の評価値と、電荷分布に相関を有する第2の評価値を演算し、これらの値を、第1及び第2の評価値をそれぞれ構成軸とする2次元平面に配置してなる情報であることを特徴とする請求項7に記載の匂いコーディングシステム。
- ターゲット臭物質の合成レシピに基づいて匂いを合成する匂い合成システムであって、
各種要素臭物質を収容する複数の容器と、各容器に接続された複数の定量ポンプとを含む匂い発生装置と、
前記合成レシピを示す匂いコードを取得し、この匂いコードを復号してターゲット臭物質を表現する要素臭に関する情報を取得する匂いコード復号部と、
前記匂いコード復号部によって得られた前記ターゲット臭物質を表現する要素臭に関する情報に基づいて、前記匂い発生装置における前記複数の定量ポンプのON/OFF及び匂い物質量を制御する匂い発生制御部と、
を備えることを特徴とする匂い合成システム。 - 前記匂いコード復号部は、前記ターゲット臭物質を表現する要素臭の混合比に関する情報を取得し、
前記匂い発生制御部は、前記匂い物質量を制御することを特徴とする請求項9に記載の匂い合成システム。 - ターゲット臭物質の合成レシピを作成してコーディングする匂いコーディング方法であって、
分子情報検索部が、前記ターゲット臭物質の分子情報に基づいて、複数の匂い物質の分子構造情報に対応して分子情報パラメータを格納する分子情報データベースから対応する分子情報パラメータを取得する第1の工程と、
多変量解析部が、前記分子情報検索部によって得られた分子情報を用いて、前記ターゲット臭物質の多変量解析を実行し、多変量解析結果を取得する第2の工程と、
要素臭決定部が、前記ターゲット臭物質の多変量解析結果に基づいて、複数の要素臭物質について多変量解析結果を格納する要素臭データベースから前記ターゲット臭物質を合成するための要素臭物質に関する情報を取得する第3の工程と、
匂いコード出力部が、前記要素臭物質に関する情報をコード化して出力する第4の工程と、
を備えることを特徴とする匂いコーディング方法。 - さらに、通信部が、前記コード化された要素臭物質に関する情報を、ネットワークを介して設置された匂い合成システムに送信する第5の工程を備えることを特徴とする請求項11に記載の匂いコーディング方法。
- さらに、混合比演算部が、前記要素臭決定部で得られた要素臭物質の混合比を演算する第6の工程を備え、
前記第4の工程において、前記匂いコード出力部が、前記混合比に関する情報をさらにコード化して出力することを特徴とする請求項11に記載の匂いコーディング方法。 - 前記第2の工程において、前記多変量解析部が、N個の情報からなる前記ターゲット臭物質の分子情報を圧縮してk個の評価値(N>k)を生成し、この演算結果を前記多変量解析結果とすることを特徴とする請求項11乃至13の何れか1項に記載の匂いコーディング方法。
- 前記第2の工程において、前記多変量解析部が、前記ターゲット臭物質の分子情報を用いて、分子サイズに相関を有する第1の評価値を演算して前記多変量解析結果とすることを特徴とする請求項14に記載の匂いコーディング方法。
- 前記第2の工程において、前記多変量解析部が、さらに、前記ターゲット臭物質の分子情報を用いて、前記ターゲット臭物質の電荷分布に相関を有する第2の評価値を演算して前記多変量解析結果とすることを特徴とする請求項15に記載の匂いコーディング方法。
- 前記要素臭データベースは、前記複数の要素臭物質の分子情報を圧縮して得られた評価値を各要素臭物質に対応させて格納していることを特徴とする請求項11乃至16の何れか1項に記載の匂いコーディング方法。
- 前記要素臭データベースは、前記複数の要素臭物質の分子情報を用いて、分子サイズに相関を有する第1の評価値と、電荷分布に相関を有する第2の評価値を演算し、これらの値を、第1及び第2の評価値をそれぞれ構成軸とする2次元平面に配置してなる情報であることを特徴とする請求項17に記載の匂いコーディング方法。
- 請求項11乃至18に記載の匂いコーディング方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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