محققان در یک جهش علمی چشمگیر، موفق به ساخت یک زبان مصنوعی بر پایه اکسید گرافن شده‌اند که می‌تواند طعم‌ها را حتی در شرایط مرطوب (مشابه محیط دهان انسان) تشخیص دهد.
به گزارش تکناک، این ویژگی، نخستین‌بار در یک سامانه چشایی مصنوعی تحقق یافته و آن را به عملکرد واقعی پاپیلاهای چشایی انسان نزدیک‌تر کرده است.
فهرست مطالب
ترکیب حسگر و یادگیری ماشینی برای شناسایی طعم
این دستگاه نوآورانه با ساختاری نانوسیال و چندلایه از اکسید گرافن ساخته شده است و برخلاف نمونه‌های قبلی، فرایند حس کردن و پردازش داده‌ها را در یک پلتفرم واحد ادغام می‌کند.
اکسید گرافن، همانند گرافن خالص، در مواجهه با ترکیبات شیمیایی مختلف، واکنش‌های الکتریکی منحصر‌به‌فردی نشان می‌دهد. این ویژگی، پایه‌ای برای آموزش سیستم با استفاده از هوش مصنوعی فراهم کرده است.
آموزش زبان مصنوعی گرافنی با ۱۶۰ ترکیب شیمیایی
محققان این زبان مصنوعی را با ۱۶۰ ترکیب شیمیایی مرتبط با طعم‌های شناخته‌شده آموزش دادند. سیگنال‌های الکتریکی ایجادشده از این ترکیبات، وارد الگوریتمی مبتنی بر یادگیری ماشینی شدند، که تغییرات هدایت‌پذیری ماده را تحلیل کرد و به خاطر سپرد.
این فرایند بسیار شبیه نحوه عملکرد مغز در پردازش سیگنال‌های حسی از جوانه‌های چشایی است.
شناسایی چهار طعم اصلی با دقت ۹۸٫۵ درصدی
دستگاه طراحی‌شده روی چهار طعم پایه یعنی شیرین، شور، ترش و تلخ تمرکز داشت.
نتیجه:
- این دستگاه طعم‌های آموزش‌داده‌شده را با دقت ۹۸٫۵ درصد شناسایی کرد.
- برای ۴۰ طعم جدید، دقت شناسایی بین ۷۵ تا ۹۰ درصد بود.
- همچنین دستگاه توانست طعم‌های پیچیده‌تری مانند ترکیبات موجود در قهوه و نوشابه را تشخیص دهد.
قدرت الکتریکی گرافن برای تشخیص طعم
گرافن خالص نخستین‌بار در سال ۲۰۰۴ توسط آندره گایم و کاستا نووسلف جداسازی شد و در سال ۲۰۱۰ جایزه نوبل فیزیک را برای آنها به ارمغان آورد.
اکسید گرافن با ساختار تک‌لایه‌ای خود، نسبت به کوچک‌ترین تغییرات شیمیایی حساس است. این ویژگی باعث می‌شود که دستگاه ساخته‌شده در کنار هوش مصنوعی، الگوهای طعمی را با دقت بالا تشخیص دهد.
گامی به سوی بازگرداندن حس چشایی
پژوهشگران بیان کردند: «این سیستم پتانسیل آن را دارد که روزی توانایی چشایی را به افرادی بازگرداند که به دلایل مختلف آن را از دست داده‌اند.»
از دست رفتن حس چشایی می‌تواند بر اثر سکته مغزی، بیماری‌های ویروسی یا اختلالات تخریب‌کننده عصبی مغز رخ دهد.
چالش‌ها و آینده زبان مصنوعی گرافنی
در حال حاضر، این دستگاه در مرحله آزمایشی اولیه قرار دارد و برای استفاده‌های پزشکی یا مصرفی هنوز خیلی بزرگ و پرمصرف است. پژوهشگران می‌خواهند که در مراحل بعدی، اندازه آن را کوچک‌تر کنند و مصرف انرژی آن را بهینه نمایند.
در صورت موفقیت، این فناوری می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای در حوزه‌هایی مانند موارد زیر و دیگر زمینه‌های نیازمند حسگرهای هوشمند چشایی، پیدا کند.
- ایمنی غذایی
- کنترل کیفیت محصولات خوراکی
- صنایع رباتیک
