«אף אלקטרוני» מגלה את תקינות המזון ואלרגיות באמצעות אינטליגנציה מלאכותית

סדה ניוז - מדענים מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי פיתחו רכיב חישה הפועל כ«אף אלקטרוני», אשר יכול לזהות סוגים שונים של מזון, לנטר סימני קלקול חלקם, ולזהות כמויות קטנות של כמה מחוללי אלרגיה מזון. הטכנולוגיה משלבת 16 חיישני גזים ומודל למידת מכונה שלומד את החותמת הכימית של ריחות שונים. המחקר, שפורסם בכתב העת «סיינס אdvנסס», הראה את יכולת המערכת לסווג 16 מצבים מזונתיים עם דיוק כולל של 92.6 אחוז. המכשיר אינו מנסה לזהות כל תרכובת כימית בנפרד, אלא מתבסס על קבוצת חיישנים שמגיבים בדרכים שונות לגזים שהפלטו מהמזון.

איך פועל הרכיב?

הרכיב כולל 16 חומרים רגישים לגזים, כאשר כל אחד מהם מגיב עם תמהיל שונה של מולקולות. התגובות הכימיות שמתרחשות על פני השטח של החיישן מועברות לאותות חשמליים, ולאחר מכן מודל הלמידה המכונה אוסף את האותות ומחפש את הדפוס הקשור לכל סוג של מזון.

קרלה בסיל, החוקרת הראשית של המחקר, השוותה את המערך הזה לקבוצת «ניצני טעם דיגיטליים», כאשר כל חיישן מספק תגובה שונה במעט, ולאחר מכן נותנים את התגובות המשותפות ליצירת חותם ייחודי של ריח.

המודל אומן לזהות תותי שדה, פירות יער, בננות, אגוזים, חסה, קשיו ושומשום. כמו כן, החוקרים בדקו את יכולתו להבחין בין עוף חי, חלב, וביצים במצבן הטרי, ולאחר שהושארו בטמפרטורת חדר למשך 24 ו-48 שעות.

זיהוי מחוללי האלרגיות

מלבד ניהול קלקול המזון, הצוות בחן את האפשרות להשתמש ברכיב כדי לחשוף אגוזים שעשויים להוות סיכון עבור אנשים הסובלים מאלרגיות מזון. הניסויים הראו שהמערכת הצליחה לזהות 0.05 גרם של אגוז מבודד, כמות השווה בערך לחלק מאחד מאגוזים בינוניים לאחר קליפתם. עם זאת, תוצאה זו הושגה בתנאים ניסיוניים מסוימים. עד כה, החוקרים לא בדקו את יכולת המכשיר לזהות אגוזים כאשר הם חלק ממזון מורכב, כגון סלט או עוגה, כאשר ריחם מתמזג עם ריחות מרכיבים אחרים. אותו מגבלה חלה גם על מזון מקולקל. המחקר בחן את הדגימות בנפרד, ולא בתוך מקרר מלא במזון מגוון וגזרי אלרגיות מעורבים.

צינורות פחמן במקום חימום

רעיון האף האלקטרוני אינו חדש, משום שהחלה לפתח מכשירים המתבססים על מערכות של חיישני גזים לפני עשרות שנים. עם זאת, הייצור של מספר גדול של חומרים חיישניים שונים על רכיב אחד נותר אתגר, במיוחד כאשר כל חומר דורש שלבי ייצור נפרדים.

צוות ברקלי השתמש בטרנזיסטורים שמבוססים על צינורות פחמן ננומטריים כחומר מוליך. צינורות אלו יכולים ליצור שכבות בעובי של כמה ננומטרים בלבד, והם מספקים שטח פנים גדול שגורם להם להיות רגישים מאוד לתגובות כימיות.

המכשיר פועל בטמפרטורת חדר, בניגוד לחיישנים אחרים שזקוקים להחימום. דבר שאיפשר לחוקרים להשתמש בחומרים רגישים מגוונים, כולל פולימרים שעשויים להתדרדר כאשר הם נחשפים לחום גבוה.

כמו כן, הצוות השתמש בשיטה פשוטה להנחת חומרים שונים על הרכיב בצעד אחד, משהו שהחוקרים רואים כהכרחי ליכולת לייצר את החיישנים האלה בהיקף רחב יותר.

מהמעבדה למקררים חכמים

בasil סבורה שמקררים חכמים עשויים להיות אחד מהיישומים הפוטנציאליים הבולטים של הטכנולוגיה הזו, כשהחיישנים עוקבים אחר הריחות המתקבלים ממזונות ומזהירים את המשתמשים כאשר מוצר קרוב לקלקול.

לאחר סיום הניסויים המובאים במחקר, החוקרת פיתחה גרסה ניידת שניתן להפעיל דרך אפליקציה על טלפון «אייפון». עם זאת, מודל זה לא היה חלק מהתוצאות שפורסמו.

המכשיר עדיין זקוק לניסויים בסביבות יותר מורכבות, כולל נוכחות של מספר מזונות וריחות באותו מקום, בנוסף לשיפור הרגישות והמהימנות לפני שיחשבו להשתמש בו בתוך מכשירים ביתיים או מערכות לניהול בטיחות המזון.

המחקר מציע מודל שמאגד בין חיישנים מדויקים ולמידת מכונה כדי לזהות ריחות בצורה מדודה, אך אין זה אומר שהטכנולוגיה מוכנה לשימוש מסחרי או להיות תחליף מיידי למבחני בטיחות המזון המוסמכים.