Kunstmatige intelligentie kan herkennen of een levensmiddel de houdbaarheidsdatum heeft of de meest voorkomende allergenen bevat: een nieuwe elektronische neus genaamd Schnozen ontwikkeld door een onderzoeksgroep onder leiding vanUniversiteit van Californië in Berkeley (UC Berkeley, VS) is in staat geuren die verband houden met bedorven voedsel veel nauwkeuriger te detecteren dan de menselijke neus en kan ook de aanwezigheid detecteren van stoffen zoals noten en pinda’s, die tot de grote moordenaar allergeen.
Het apparaat bestaat in het bijzonder uit een reeks van zestien kleine gassensoren, die elk gevoelig zijn voor een iets andere combinatie van gasvormige verbindingen.
Het kan worden voorgesteld als een stel digitale smaakpapillen, waarbij elke sensor op deze chip uniek reageert op verschillende gasmoleculen die eraan worden gepresenteerd – legt Carla Bassil, hoofdauteur van het onderzoek uit – Elk van deze 16 sensoren heeft een andere gevoelige film en werkt door chemische reacties tussen het sensoroppervlak en het gasmolecuul om te zetten in elektrische signalen
©UC Berkeley
Met behulp van machinaal leren hebben de onderzoekers een model getraind om sensorreactieprofielen te herkennen die geassocieerd zijn met zeven verschillende voedingsmiddelen – aardbei, bosbes, banaan, walnoot, hazelnoot, cashewnoten en pinda’s – evenals de geur van rauwe kip, melk en eieren, vers of 24 tot 48 uur op kamertemperatuur bewaard.
Na heel wat aanpassingen bleek de neus de geur van 0,05 gram geïsoleerde walnoot waar te kunnen nemen, ongeveer een honderdste van een middelgrote gepelde walnoot. De gevoeligheid van het apparaat moet echter nog worden getest in omgevingen waar andere gassen aanwezig zijn, zoals wanneer noten in een salade of cake zitten, of wanneer bedorven voedsel samen met ander voedsel in de koelkast staat.
Het idee is om de relatieve selectiviteit van gassensoren, gecombineerd met de patroonherkenningsmogelijkheden van machinaal leren, te kunnen gebruiken om te identificeren welke gassignatuur bij elk voedingsmiddel hoort. Het resultaat is een sensorchip die veel gevoeliger en objectiever is dan welke menselijke neus dan ook
©Wetenschappelijke vooruitgang
Hoewel het concept van de elektronische neus al sinds de jaren tachtig bestaat, is de implementatie ervan complex gebleken. Individuele gassensoren, zoals die in koolmonoxidedetectoren voor thuisgebruik, zijn relatief eenvoudig te produceren, maar het integreren van een reeks verschillende gevoelige films op een enkele chip is veel moeilijker.
Veel van deze problemen zijn overwonnen door het gebruik van koolstofnanobuisjes (in plaats van metaaloxiden) als geleidend materiaal, dat lagen kan vormen van enkele nanometers dik, vijftig tot honderdduizend keer dunner dan een mensenhaar, en waarvan het grote oppervlak hen talrijke speciale eigenschappen geeft, waaronder een hoge gevoeligheid voor kamertemperatuur.
Door een apparaatstructuur te gebruiken die bij kamertemperatuur werkt in plaats van bij verhoogde temperaturen, konden onderzoekers een grotere verscheidenheid aan gasgevoelige materialen kiezen, waaronder materialen die bij hoge temperaturen zouden kunnen worden afgebroken, zoals polymeren, en konden ze ook de materialen fabriceren die bij hoge temperaturen kunnen worden afgebroken. chip sensor met behulp van een eenvoudig proces genaamd dropgietenin plaats van dat er complexere technieken nodig zijn.
Het echt schaalbare aspect van mijn elektronische neus is de mogelijkheid om al deze verschillende soorten gevoelige materialen te gebruiken door ze in één stap te deponeren
©Wetenschappelijke vooruitgang
De onderzoekers hebben nu een draagbare versie van de elektronische neus ontwikkeld die kan worden gebruikt met een iPhone-app, die ze in een grotere verscheidenheid aan omgevingen willen testen, waardoor de gevoeligheid en betrouwbaarheid ervan verder worden verbeterd.
Ik geloof dat slimme koelkasten, uitgerust met sensoren die via een smartphone kunnen worden bediend, een uitstekende toepassing zouden zijn voor dit soort technologie. Hoe geweldig zou het zijn als je koelkast je zou kunnen waarschuwen door dingen te schrijven als “Hé, de broccoli staat op het punt te bederven, dus misschien is het het beste om hem op te eten” of “De kip is op de laatste dag van bewaring”?
Het werk is gepubliceerd op Wetenschappelijke vooruitgang.
Bronnen: UC Berkeley / UC Berkeley/Youtube / Science Advances
