Un «nez électronique» détecte la détérioration des aliments et les allergies grâce à l'intelligence artificielle

SadaNews - Des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley ont développé une puce capteur agissant comme un « nez électronique », capable de reconnaître différents types d'aliments, de détecter des signes de leur détérioration et de repérer de petites quantités de certains allergènes alimentaires. La technologie combine 16 capteurs de gaz et un modèle d'apprentissage automatique qui apprend la signature chimique des différentes odeurs. L'étude, publiée dans la revue « Science Advances », a montré que le système était capable de classifier 16 types d'aliments avec une précision globale de 92,6 %. L'appareil ne tente pas de reconnaître chaque composé chimique individuellement, mais repose sur un groupe de capteurs qui réagissent de différentes manières aux gaz émis par les aliments.

Comment fonctionne la puce ?

La puce comprend 16 substances sensibles aux gaz, chacune réagissant à un mélange différent de molécules. Les réactions chimiques qui se produisent à la surface du capteur sont converties en signaux électriques, puis le modèle d'apprentissage automatique recueille ces signaux et recherche le schéma associé à chaque type d'aliment.

Carla Basyil, la chercheuse principale de l'étude, compare cette matrice à un ensemble de « papilles gustatives numériques », chaque capteur offrant une réponse légèrement différente, et ces réponses sont ensuite combinées pour former une empreinte olfactive unique.

Le modèle a été entraîné pour reconnaître des fraises, des bleuets, des bananes, des noix, des noisettes, des noix de cajou et des cacahuètes. Les chercheurs ont également testé sa capacité à distinguer le poulet cru, le lait et les œufs dans leur état frais, ainsi qu'après les avoir laissés à température ambiante pendant 24 et 48 heures.

Détection des allergènes

En plus de surveiller la détérioration des aliments, l'équipe a testé la possibilité d'utiliser la puce pour détecter les noix qui peuvent représenter un danger pour les personnes souffrant d'allergies alimentaires. Les expériences ont montré que le système a pu détecter 0,05 gramme de noix isolées, une quantité équivalente à peu près à un centième d'une noix moyenne après épluchage. Mais ce résultat a été obtenu dans des conditions expérimentales spécifiques. Les chercheurs n'ont pas encore testé la capacité de l'appareil à détecter les noix lorsqu'elles font partie d'un plat complexe, comme une salade ou un gâteau, où leur odeur se mélange à celle d'autres ingrédients. La même contrainte s'applique aux aliments avariés. L'étude a testé les échantillons séparément, et non à l'intérieur d'un réfrigérateur rempli de divers aliments et de gaz et odeurs mélangés.

Tuyaux en carbone au lieu de chauffage

L'idée de nez électronique n'est pas nouvelle, car le développement d'appareils basés sur des matrices de capteurs de gaz a commencé il y a des décennies. Cependant, fabriquer un grand nombre de matériaux de détection différents sur une seule puce reste un défi, surtout lorsque chaque matériau nécessite des étapes de fabrication distinctes.

Le groupe de Berkeley a utilisé des transistors basés sur des nanotubes de carbone comme matériau conducteur. Ces tubes peuvent former des couches dont l'épaisseur ne dépasse pas quelques nanomètres, tout en offrant une grande superficie qui les rend très sensibles aux réactions chimiques.

De plus, l'appareil fonctionne à température ambiante, contrairement à d'autres capteurs qui nécessitent un chauffage. Cela a permis aux chercheurs d'utiliser des matériaux sensibles divers, y compris des polymères qui pourraient se dégrader lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées.

Le groupe a également utilisé une méthode de dépôt simple qui permet de placer différents matériaux sur la puce en une seule étape, ce que les chercheurs estiment important pour la fabrication de ces capteurs à plus grande échelle.

Du laboratoire aux réfrigérateurs intelligents

Basyil estime que les réfrigérateurs intelligents pourraient être l'une des applications majeures de cette technologie, les capteurs surveillant les odeurs émanant des aliments et avertissant l'utilisateur lorsqu'un produit est sur le point de se détériorer.

Après avoir terminé les expériences rapportées dans l'étude, la chercheuse a développé une version portable qui peut être exécutée via une application sur un téléphone « iPhone ». Cependant, ce modèle mobile n'a pas fait partie des résultats publiés.

L'appareil a encore besoin de tests dans des environnements plus complexes, incluant la présence de plusieurs aliments et odeurs au même endroit, ainsi qu'une amélioration de la sensibilité et de la fiabilité avant de penser à son utilisation dans des appareils ménagers ou des systèmes de surveillance de la sécurité alimentaire.

L'étude propose un modèle qui combine des capteurs précis et l'apprentissage automatique pour reconnaître les odeurs d'une manière mesurable, mais cela ne signifie pas que la technologie est prête pour un usage commercial ou qu'elle puisse remplacer immédiatement les tests de sécurité alimentaire actuels.