Повечето от нас са използвали теста за подушване, за да решат дали бутилка мляко с леко изтекъл срок на годност или кутията с храна за вкъщи от оня ден все още е добра за ядене. Но докато човешкият нос може да бъде доста проницателен, той не винаги улавя всичко. Всяка година милиони хора в САЩ се разболяват от хранителни патогени, които процъфтяват в недостатъчно сготвена или развалена храна.
За щастие на нашите стомаси, нов „електронен нос“, разработен в UC Berkeley (Калифорнийския университет в Бъркли), може да открие ароматите, свързани с развалена храна, много по-точно от човешкия нос. Може също така да подуши наличието на обикновени хранителни алергени, като орехи и фъстъци, което може да бъде смъртоносно за тези с чувствителност. Носът е описан в ново проучване, публикувано в сп. Science Advances.
“Мисля, че ‘smart’ хладилници със сензори, които можете да контролирате на телефона си, биха били чудесно приложение за този вид технология – казва водещият автор на изследването Карла Басил, четвърта година Ph.D. студент по електроинженерство и компютърни науки в UC Berkeley. – Колко страхотно би било, ако хладилникът ви можеше да ви каже, „Хей, броколите ви скоро ще се развалят, така че вероятно трябва да ги изядете?“ Или „Вашето пиле е в последния си ден!“.
Новият изкуствен нос се състои от набор от 16 малки газови сензора, всеки от които е чувствителен към различна комбинация от газообразни съединения.
„Можете да мислите за това като за набор от дигитални вкусови рецептори, където всеки сензор на чипа реагира уникално на различните газови молекули, – обяснява Карла в разговор за нейните изследвания. – Всеки от тези 16 сензора има различен сензорен филм върху него, който работи чрез преобразуване на химичните реакции между повърхността на сензора и газовата молекула в електрически сигнали.”
Използвайки машинно обучение, Карла е обучила модел да разпознава профилите на реакция на сензора, свързани със седем различни храни: ягода, боровинка, банан, орех, лешник, кашу и фъстъци, а също да разпознава аромата и на сурово пиле, мляко и яйца, когато са пресни и когато са били оставени на стайна температура за 24 часа и 48 часа.
Но тя все още не е тествала чувствителността на устройството в среди, където има други газове, като например когато орехите са в салата или торта, или когато развалената храна е в хладилник с други храни.
“Идеята е, че можем да използваме относителната селективност на газовите сензори, съчетана със способностите за разпознаване на образи, за да разберем кой газов отпечатък е свързан с всяка храна – казва Карла. – Резултатът е сензорен чип, който е много по-чувствителен и много по-обективен, отколкото може да бъде всеки човешки нос.”
Докато концепцията за електронния нос съществува от 1980 г, вдъхването на живот на технологията е трудно. Единичните газови сензори, като тези, открити в детекторите за въглероден окис във вашия дом, са сравнително лесни за производство. Но интегрирането на набор от различни сензорни филми върху един чип е много по-трудно.
Карла Басил преодолява много от тези предизвикателства, като използва въглеродни нанотръби като проводящ материал, а не метални оксиди. Въглеродните нанотръби могат да образуват слоеве с дебелина само около няколко нанометра, което е същото като само няколко атома или една стотна от човешкия косъм. Голямата им повърхност им придава много специални качества, включително да бъдат силно чувствителни при стайна температура.
Използването на структура на устройството, която работи при стайна температура, вместо да е необходимо да бъде гореща, дава на Карла възможността да избира по-голямо разнообразие от различни чувствителни към газ материали, включително тези, които могат да се разграждат при високи температури като полимери. Това също й е позволило да произведе сензорния чип, използвайки прост процес, наречен капково леене, вместо да изисква по-сложна техника.
Въпреки че не е включена в новото проучване, Карла Басил вече е създал преносима версия на електронния нос, която може да се управлява с приложение за iPhone. Тя планира да тества следващото поколение на устройството в по-голямо разнообразие от среди, като същевременно продължава да подобрява неговата чувствителност и надеждност.
Хранително-вкусова промишленост
