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Chemical Synchronization / 共感器官

A Collaboration with Takeuchi Lab


ABOUT THE PROJECT In nature, animals, plants and insects coexist as part of a synchronized ecosystem. They communicate with each other invisibly and inaudibly using a combination of smell and chemosignals. Inspired by this natural phenomenon, Chemical Synchronization is a biological wearable device which, when worn on the neck, enables you to sense other people’s emotions and synchronize your own accordingly. Based on research by Takeuchi Lab, it uses a sensor made with chemoreceptors extracted from insects that can detect emotions like exhilaration and happiness through chemicals found in human sweat. Once sensed, these emotions can be filtered and amplified, and eventually transferred to other humans through a microneedle patch which delivers hormones like oxytocin and endorphins. We envision a future where the device would be able to sense a broad range of emotions and allow you to chemically synchronize remotely. プロジェクトについて 自然界では、動・植物が生態系の一員として互いに協調しながら生きており、香りのような揮発性の化学物質(ケモシグナル)を介して互いにコミュニケーションをとっている。その原理を模倣した「共感器官」は、首に装着するバイオ・ウェラブル・デバイスであり、周囲の人間の感情を感知し、同期できるようにデザインされている。竹内研究室の技術から着想を得て、センサーには昆虫の嗅覚器から抽出した受容体を用いており、人間の汗に含まれる高揚感と幸せなどを示す臭い成分を検出することができる。これらのシグナルを増幅させ、マイクロパッチから皮膚にホルモンとして投与することで、検知したものと同様の感情を生み出す仕組みになっている

HOW WE USE TAKEUCHI LAB RESEARCH A recent piece of research by Gün Semin and his colleagues at Utrecht University has demonstrated that humans are able to detect happiness, fear and disgust in others using the sense of smell. The research suggested that this could be linked to a correlation between emotions and the patterns of chemosignals released in sweat. These chemosignals are mostly present in axillary sweat, and they are composed of aliphatic carboxylic acids group mainly. Takeuchi Lab at the University of Tokyo have integrated chemoreceptors from mosquitoes into a bio-hybrid sensor which detects human sweat. Bio-hybrid sensing is particularly advantageous in its capability of differentiating molecules that are very similar in structure. We have used this research as our starting point to speculate on the possibility of detecting and differentiating the specific chemosignals related to particular emotions. We project a scenario where mosquitoes and other insects could detect aliphatic carboxylic acids molecules - the chemosignals of “happiness”. 着想を得た竹内研究室の研究 2012年、ユーテレッチ大学のセミン氏の研究チームは、人間が汗のニオイによって他人の感情を推測していることを証明。この研究では、幸せ、恐怖、嫌悪などといった感情を抱く際に発せられるニオイ成分の組み合せの微妙な変化を、人が嗅ぎ分けており、それらのニオイは脇汗に多く含まれている脂肪族カルボキシル酸化合物に由来すると考察している。 一方、東京大学の竹内研究室は、蚊の嗅覚受容体をデバイスに組み込み、汗のニオイで人間を認識できるロボットやバイオ・ハイブリッドセンサーを開発してきた。バイオ・ハイブリッドセンサーの利点は、似通ったニオイであっても高い精度で区別できることにある。 私たちは、この技術から、各感情に特有のニオイ成分を感知し嗅ぎ分けることで、 人々が感情を化学的に共有できる「共感器官」という未来的コンセプトを考えた。その最初の例として、特に他の感情と比較して感知が困難である幸せのニオイに着目したシナリオを描いた。

ABOUT TAKEUCHI LAB Takeuchi laboratory strives to develop new methods of measuring biological and environmental parameters. This is done through the integration of biological materials (including DNA, protein, lipids, and cells) into devices using MEMS and microfluidic technologies. Takeuchi Lab is the first known laboratory in the world to have succeeded at the simultaneous construction of several different cell membranes (phospholipid bilayer). This technology has made it possible to measure electrical signals produced by different cell membranes and to carry out analysis of membrane bound proteins and develop smell sensors. Moreover, the laboratory has developed capsulation of biological molecules with artificial membranes by applying water jet flow to the center of the membrane and changing the shape spherical. Dynamic microarray technology which allows for analysis was developed using 10000 capsules arrayed with speed. Another research theme that the laboratory is working on is a method to build dense three dimensional structures using cell beads, which is necessary for regenerative therapy. By applying the method to modify microbeads, this laboratory achieved to develop hydrogel beads which can change the light intensity in response to blood sugar level. This lead to invention of blood sugar sensor which can be incorporated inside the body for more than 4 months for the first time in the world. 竹内研究室について 竹内研究室は、マイクロ・ナノデバイス技術を異分野に応用することで、 新しい研究分野や産業を創出することを目指している。そのなかでも、MEMSやマイクロ流体デバイス技術を駆使して、DNAやタンパク質、脂質、細胞などの生体材料をデバイス中に適切に組み込み、生体情報や環境情報を計測する新規手法を研究・開発してきた。  その具体的な成果として、微小な液滴や流れの特性を利用して、人工的に細胞膜構造を複数同時に形成することに世界で初めて成功している。この方法を利用して、脂質膜中の生体分子の活性変化を複数同時に電気計測し、これまで解明が難しかった膜タンパク質の機能解析法や膜タンパク質を利用した匂いセンサの確立した。 さらに、人工脂質二重平面膜の中心部にジェット水流を当て、膜を球面状に変形させることで、生体分子などを脂質膜で効率的にカプセル化する手法を開発した。加えて、これらのカプセルを1万個レベルで高速にアレイ化し、解析できるダイナミックマイクロアレイ技術を考案した。また、細胞をビーズとして扱い再生医療に欠かせない細胞の高密度三次元へテロ組織構造を構築する方法を開発した。さらには、マイクロビーズを加工する方法を応用して、血糖値に応答して光の強度を変えるハイドロゲルビーズを世界で初めて実現し、4ヶ月以上長期完全体内埋め込み可能な血糖値センサを実現している。


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