Οι περισσότεροι καταναλωτές εμπιστεύονται την όσφρησή τους για να διαπιστώσουν αν ένα τρόφιμο είναι ασφαλές προς κατανάλωση. Ωστόσο, η ανθρώπινη μύτη δεν μπορεί πάντα να εντοπίσει όλους τους κινδύνους που μπορεί να κρύβονται σε ένα ψυγείο.
Με στόχο να καλύψουν αυτό το κενό, ερευνητές από το University of California, Berkeley ανέπτυξαν μια πρωτοποριακή ηλεκτρονική «μύτη», ικανή να αναγνωρίζει αλλοιωμένα τρόφιμα αλλά και ίχνη επικίνδυνων αλλεργιογόνων με μεγαλύτερη ακρίβεια από την ανθρώπινη όσφρηση, σύμφωνα με δημοσίευμα του Earth.com.
Πώς λειτουργεί η συσκευή
Η ερευνητική ομάδα της Bassil ενσωμάτωσε μια λειτουργία που προσομοιάζει την ανθρώπινη όσφρηση σε ένα μικροσκοπικό τσιπ, μικρότερο από ένα ανθρώπινο νύχι. Η συσκευή διαθέτει 16 εξειδικευμένους αισθητήρες αερίων, οι οποίοι ανταποκρίνονται με διαφορετικό τρόπο στα πτητικά μόρια που εκλύουν τα τρόφιμα.
Κάθε αισθητήρας από μόνος του δεν μπορεί να αναγνωρίσει μια σύνθετη μυρωδιά. Όταν όμως συνδυάζονται τα δεδομένα τους, δημιουργείται ένα μοναδικό «δακτυλικό αποτύπωμα» για κάθε τρόφιμο.
«Μπορείτε να το φανταστείτε σαν ένα σύνολο ψηφιακών γευστικών κάλυκων, όπου κάθε αισθητήρας σε αυτό το τσιπ ανταποκρίνεται με μοναδικό τρόπο στα διάφορα μόρια αερίων που του παρουσιάζονται», εξήγησε η Bassil.
Οι χημικές αντιδράσεις μετατρέπονται σε ηλεκτρικά σήματα μέσω ειδικών υλικών ανίχνευσης, ενώ στη συνέχεια ένας αλγόριθμος μηχανικής μάθησης αναλύει τα δεδομένα και αναγνωρίζει τόσο το είδος του τροφίμου όσο και τον βαθμό αλλοίωσής του.
Αναγνωρίζει χαλασμένα τρόφιμα και αλλεργιογόνα
Για την εκπαίδευση του συστήματος χρησιμοποιήθηκαν φράουλες, μύρτιλα, μπανάνες, καρύδια, φουντούκια, κάσιους, φιστίκια, καθώς και ζωικά προϊόντα όπως ωμό κοτόπουλο, γάλα και αυγά. Τα τελευταία εξετάστηκαν τόσο σε φρέσκια κατάσταση όσο και έπειτα από 24 και 48 ώρες παραμονής σε θερμοκρασία δωματίου.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η δυνατότητα της συσκευής να ξεχωρίζει διαφορετικούς ξηρούς καρπούς και φιστίκια, τα οποία συγκαταλέγονται στα συχνότερα τροφικά αλλεργιογόνα. Σύμφωνα με τους ερευνητές, πρόκειται για την πρώτη φορά που μια διάταξη αισθητήρων αερίων καταφέρνει να διακρίνει διαφορετικά αλλεργιογόνα ξηρών καρπών.
Η ηλεκτρονική «μύτη» μπόρεσε να ανιχνεύσει ακόμη και 0,05 γραμμάρια απομονωμένου καρυδιού, ποσότητα εξαιρετικά μικρή. Παρ’ όλα αυτά, δεν έχει ακόμη δοκιμαστεί σε πιο σύνθετα περιβάλλοντα, όπως ένα γλυκό που περιέχει ξηρούς καρπούς ή ένα ψυγείο γεμάτο με διαφορετικές οσμές.
Το μυστικό βρίσκεται στους νανοσωλήνες άνθρακα
Αν και η ιδέα της ηλεκτρονικής μύτης υπάρχει από τη δεκαετία του 1980, η πρακτική υλοποίησή της παρέμενε δύσκολη. Η κατασκευή μεμονωμένων αισθητήρων δεν αποτελούσε πρόβλημα, όμως η ενσωμάτωση πολλών διαφορετικών υλικών σε ένα ενιαίο τσιπ ήταν ιδιαίτερα απαιτητική.
Η Bassil και οι συνεργάτες της ξεπέρασαν αυτό το εμπόδιο αξιοποιώντας νανοσωλήνες άνθρακα. Τα εξαιρετικά λεπτά στρώματά τους προσφέρουν μεγάλη επιφάνεια ανίχνευσης και επιτρέπουν τη λειτουργία των αισθητήρων σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτό δίνει τη δυνατότητα χρήσης ευαίσθητων υλικών, όπως πολυμερή, τα οποία θα καταστρέφονταν σε υψηλότερες θερμοκρασίες.
Παράλληλα, όλα τα υλικά μπορούν να τοποθετηθούν ταυτόχρονα στο τσιπ με μια σχετικά απλή διαδικασία, ανοίγοντας τον δρόμο για μαζική παραγωγή.
Εντυπωσιακά ποσοστά επιτυχίας
Στις δοκιμές, το γενικό μοντέλο ταξινόμησης αναγνώρισε σωστά τα 16 διαφορετικά δείγματα με ακρίβεια 92,6%. Τα περισσότερα σφάλματα αφορούσαν τρόφιμα με παρόμοιο χημικό προφίλ, όπως το φουντούκι και το φιστίκι, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις συγχέονταν το αλλοιωμένο αυγό και το κοτόπουλο λόγω παρόμοιων ενώσεων που παράγονται κατά την αποσύνθεσή τους.
Ακόμη καλύτερα ήταν τα αποτελέσματα των εξειδικευμένων μοντέλων. Το σύστημα που είχε σχεδιαστεί ειδικά για την ανίχνευση αλλοίωσης τροφίμων πέτυχε ακρίβεια 99%, ενώ το αντίστοιχο μοντέλο για την αναγνώριση ξηρών καρπών έφτασε το 93,2%.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι μία από τις πιο χρήσιμες εφαρμογές της τεχνολογίας θα μπορούσε να είναι τα «έξυπνα ψυγεία» του μέλλοντος, τα οποία θα ειδοποιούν τους καταναλωτές όταν κάποιο τρόφιμο πλησιάζει στην ημερομηνία αλλοίωσης ή όταν εντοπίζονται πιθανά αλλεργιογόνα.
