5 Minutės
Įsivaizduokite atidarę šaldytuvą ir pamatę paprastą pranešimą: suvalgykite brokolius šiandien, vištiena rytoj rizikinga. Tas mažas perspėjimas gali išvengti skrandžio skausmo ar dar blogiau. Maisto sukeliamos ligos tyliai apserga šimtus milijonų žmonių kasmet; geresnė uoslės patikra galėtų užkirsti kelią daugeliui tokių atvejų.
Pasaulyje daugiau nei 850 milijonų žmonių suserga kasmet po suvalgyto užteršto maisto, o daugiau kaip 1,5 milijono mirčių priskiriama maisto sukeltoms ligoms, pagal Pasaulio sveikatos organizaciją. Vis dėlto daugumoje namų pagrindinis sugedimo indikatorius išlieka žmogaus nosis, įrankis, greitas, nemokamas ir labai nepatikimas.
Kalifornijos universiteto Berkeley inžinieriai nusprendė pakeisti tuos spėjimus instrumentais. Jų sprendimas yra elektroninė nosis, arba e-nosis: kompaktiškas lustas su keliais cheminiais jutikliais, apmokytas mašininio mokymosi atpažinti įprastų maisto produktų, sugedimo dujų ir net menkų alergenų kvapų parašus.
Elektroninė nosis, sukurta UC Berkeley, gali pagerinti maisto saugą aptikdama dujas, susijusias su sugedusiu maistu arba dažnais maisto alergenais.
Kaip veikia elektroninė nosis
Įsivaizduokite įrenginį kaip skaitmeninių skonio receptorių banką. Šiame luste yra šešiolika skirtingų jutiklių. Kiekvienas padengtas kita jautriosios plėvele, kuri elektrochemiškai reaguoja, kai praeina tam tikros lakiųjų molekulės. Šie elektros signalai suformuoja modelį. Modelio atpažinimo algoritmai tada išverčia tą modelį į identifikaciją: pienas, kiaušiniai, graikiniai riešutai, žemės riešutai, neapdorota vištiena, palikta kambario temperatūroje per naktį, ir taip toliau.
Komanda praneša apie bendrą prognozavimo tikslumą maždaug 93 procentus šešiolikos maisto rūšių atveju. Šis skaičius apima sudėtingus atvejus, tokius kaip medžių riešutai ir žemės riešutai, kas yra mediciniškai svarbus skirtumas, nes žemės riešutai yra ankštiniai augalai, o abi kategorijos yra vienos iš dažniausių gyvybei pavojingų alerginių reakcijų priežasčių JAV. Gebėjimas aptikti vos 0,05 gramo atskiro graikinio riešuto, arba maždaug vieną šimtojo riešuto dalį, demonstruoja sistemos jautrumą kontroliuojamuose bandymuose.
Du medžiagų tipai ir du gamybos pasirinkimai suteikia dizainui praktinių pranašumų. Pirma, jutikliai veikia kambario temperatūroje dėka puslaidininkių plėvelių, pagamintų iš anglies nanotūbelių. Šie nanomaterialai suteikia išskirtinį paviršiaus plotą ir stiprų elektrinį atsaką be šilumos poreikio. Antra, jautriosios plėvelės gali būti padengiamos paprastu lašiniu: nanopartikulių turintis tirpalas dedamas ant lusto, nuplaunamas ir išdžiovinamas, tai darbo eiga, kurią lengviau išplėsti mastu nei daugumą mikroapdirbimo metodų.
Nešiojama e-nosis, kuri galbūt ateityje leis aptikti maisto saugos rizikas kelyje.
Kodėl tai svarbu
Maisto sauga nėra tik vengimas praleisti naktį ant sofos su nemaloniu skrandžiu. Tai visuomenės sveikatos iššūkis, kertantis tiekimo grandines, sandėliavimo infrastruktūrą ir vartotojų elgseną. E-nosis galėtų būti integruota į šaldytuvus, sandėliavimo įrenginius ar pakuotes, kad teiktų nuolatinę, automatinę sugedimo ir alergenų patikrą. Įsivaizduokite išmanųjį šaldytuvą, kuris pažymi besibaigiančius produktus arba įspėja, kai pamirštas indas laikomas nesaugioje temperatūroje.
Praktinių kliūčių vis dar yra. Kontroliuojamos laboratorinės sąlygos skiriasi nuo perpildytos, aromatingos šeimos šaldytuvo ar komercinės virtuvės aplinkos. Aptikti vieną sugedusį daiktą tarp daugelio arba išskirti į kepinius įsiskaidžiusius riešutų pėdsakus nuo kitų ingredientų yra žymiai sunkiau nei atpažinti izoliuotą mėginį. Taip pat efektyvus diegimas mažai išteklių turinčiose vietovėse priklausys nuo šaldymo spragų sprendimo, nereguliarios elektros tiekimo ir kaštų apribojimų.
Komanda taip pat kuria nešiojamą versiją, kurią galima susieti su išmaniąja programėle. Įsivaizduokite lankytoją priglaudžiantį rankinį jutiklį prie suši lėkštės arba keliautoją, tikrinantį išsinešimo indą naktiniame turguje. Yra aiškus vartotojų susidomėjimas, tačiau kaina, patvarumas ir reguliacinis priėmimas nulems, ar tokie prietaisai taps įprasti.
Eksperto įžvalga
"Ką daro šį požiūrį perspektyviu, tai jautrių nanomaterialų ir šiuolaikinio modelių atpažinimo derinys," sako dr. Elena Marquez, maisto saugos inžinierė, nedalyvavusi tyrime. "Vien jutikliai yra triukšmingi. Mašininis mokymasis paverčia tą triukšmą naudingais signalais. Tačiau lauko bandymai yra būtini. Laboratorinė veikla ne visada persikelia į realų pasaulį, kuriame mišiniai, drėgmė ir temperatūra kinta."
Tyrėjai patys pabrėžia platformos lankstumą. E-nosį galima perapmokyti naujam tikslų rinkiniui, pritaikant jį regioninei mitybai ar specifiniams tiekimo grandinės rizikos veiksniams. Be maisto, galimos taikymo sritys apima neinvazinį sveikatos stebėjimą: iškvepiamas oras turi biomarkerių, susijusių su būklėmis, tokiomis kaip diabetas ir kvėpavimo takų infekcijos, ir tos pačios jutimo principų galėtų būti pritaikytos biomedicininiam patikrinimui.
Mašininis mokymasis padaro modelio atpažinimą įgyvendinamą, anglies nanotūbelių plėvelės užtikrina energijos efektyvumą, o lašinis padengimas leidžia geriau pagaminti prietaisus. Kartu šie elementai sukuria tikėtiną kelią nuo laboratorijos iki produkto. Vis dėlto reikia didelio masto validacijos, aiškių reguliavimo kelių ir vartotojams prieinamų ekonominių sprendimų, kad technologija galėtų iš tiesų sumažinti maisto sukeltų ligų naštą plačiame mastu.
Išvada
UC Berkeley e-nosis yra praktinis pažangumas jutiklių dizainui ir taikomajam mašininio mokymosi naudojimui. Ji nežada stebuklo, bet siūlo įtikinamą žingsnį link automatizuoto, prieinamo sugedimo ir alergenų aptikimo. Jei tokius jutiklius apgalvotai integruosime į prietaisus ir tiekimo grandines, jie galėtų padėti užkirsti kelią daugeliui nereikalingų susirgimų ir suteikti papildomą pasitikėjimo sluoksnį tam, kaip saugome ir vartojame maistą.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą