IBM研究院開發(fā)一種化學(xué)味覺感知工具—HyperTaste

據(jù)悉，IBM研究院（IBM Research）開發(fā)了一種化學(xué)味覺感知工具——HyperTaste。該工具是一種能夠分析液體化學(xué)成分的傳感器，識(shí)別出不同液體的類型。

IBM Research的研究人員Patrick Ruch說：“HyperTaste受到了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的啟發(fā)，這些技術(shù)可以模擬人類的視覺和聽覺等感官，用于識(shí)別圖像和解釋語(yǔ)音。我們想展示一種用于化學(xué)傳感的新透鏡?！?/p>

這個(gè)想法是應(yīng)用了一種組合方法，使用一系列傳感器，就像我們舌頭上成千上萬的味蕾一樣，然后通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法來解釋這些傳感器的輸出。該團(tuán)隊(duì)使用了一塊帶有微控制器硬件的印刷電路板和一個(gè)由16個(gè)導(dǎo)電聚合物傳感器組成的組件，當(dāng)浸入溶液中時(shí)，這些傳感器會(huì)改變其電壓?！斑@有點(diǎn)像電池的工作原理，幾乎就像我們用我們想要測(cè)試的液體作為電解液，”Ruch說。

將傳感器陣列浸入液體中，會(huì)產(chǎn)生該液體特有的一系列電壓信號(hào)及其化學(xué)指紋。這些電壓信號(hào)被中繼到移動(dòng)應(yīng)用程序，移動(dòng)應(yīng)用程序?qū)⑵鋫鬏數(shù)皆品?wù)器，機(jī)器學(xué)習(xí)模型使用數(shù)據(jù)訓(xùn)練算法，并將指紋與已知液體的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較。然后，該算法在一兩分鐘內(nèi)將結(jié)果報(bào)告給應(yīng)用程序，無論是識(shí)別液體還是僅僅估計(jì)其性質(zhì)。

“你不一定需要實(shí)驗(yàn)室來做這件事，這就節(jié)省了時(shí)間和成本，加快了測(cè)試過程，”Ruch說，“我們希望使用最低限度的便攜式硬件，并證明這種化學(xué)傳感系統(tǒng)的智能可以推到軟件方面。”

盡管操作簡(jiǎn)單，但HyperTaste并不容易開發(fā)。將系統(tǒng)的各個(gè)部分整合在一起，并合并一個(gè)由電化學(xué)和材料科學(xué)家組成的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，以確定HyperTaste的傳感原理，電氣工程師定義和組裝硬件，以及數(shù)據(jù)科學(xué)和部署方面的軟件工程師，這證明是具有挑戰(zhàn)性的。

“我們必須在團(tuán)隊(duì)中整合所有這些功能，并找到一種通用語(yǔ)言，以便能夠理解這些不同組件和切換點(diǎn)之間的接口，”Ruch說。

與大多數(shù)傳統(tǒng)的化學(xué)傳感器（如pH和氧氣傳感器）不同，HyperTaste的設(shè)計(jì)目的不是檢測(cè)特定類型的化合物。Ruch說：“如果你想對(duì)特定的化合物、分子或毒素進(jìn)行精確的定量，那么HyperTaste可能不是最好的工具。你可能需要選擇一種不同的傳感機(jī)制，一種更敏感、檢測(cè)下限更低的機(jī)制?！?/p>

HyperTaste于2019年首次開發(fā)，但它只能與少數(shù)特定液體一起使用。現(xiàn)在，它可以分析更復(fù)雜的液體?！霸陧?xiàng)目的早期，我們不得不手動(dòng)將傳感器陣列浸入不同的液體中數(shù)次，以收集我們的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，”Ruch說，“最終，我們轉(zhuǎn)移到一個(gè)機(jī)器人自動(dòng)取樣器裝置上，其上面安裝了傳感器。自動(dòng)取樣器可以全天候工作，將傳感器浸入不同的液體中。”

IBM的團(tuán)隊(duì)測(cè)試了HyperTaste辨別不同類型瓶裝礦泉水的能力，按水果類型識(shí)別果汁，按品牌和產(chǎn)地識(shí)別葡萄酒，估算咖啡的濃度，并檢測(cè)假冒酒精等。Ruch將可能的HyperTaste用例分為四類：驗(yàn)證液體來源并剔除假冒產(chǎn)品的認(rèn)證；確保飲料質(zhì)量一致的質(zhì)量控制；創(chuàng)新測(cè)試和開發(fā)新口味和配方；以及監(jiān)控機(jī)制。

例如，在剛剛完成跨大西洋航行的“五月花”號(hào)自主船的船體上安裝HyperTaste裝置，對(duì)監(jiān)測(cè)進(jìn)行了測(cè)試。Ruch說：“這個(gè)想法是為了證明HyperTaste能夠在時(shí)間和旅行路線上自動(dòng)監(jiān)測(cè)海洋化學(xué)，從而能夠?qū)Ｑ笏峄仁虑樽龀雠袛唷１仨氝M(jìn)行一些工程，以確保海水可以從海洋中抽取出來，并在船上進(jìn)行采樣，但好消息是，該系統(tǒng)在整個(gè)航程中保持運(yùn)行。我們期待著在獲得數(shù)據(jù)后對(duì)其進(jìn)行分析?！?/p>

對(duì)HyperTaste的研究是IBM加速材料發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的更大計(jì)劃的一部分。Ruch說：“這種機(jī)器輔助解釋測(cè)量數(shù)據(jù)可能對(duì)未來的實(shí)驗(yàn)室有用，在實(shí)驗(yàn)室分析中使用機(jī)器學(xué)習(xí)有很大的潛力。如果機(jī)器可以幫助解釋測(cè)量結(jié)果，那么你可以找到如何自動(dòng)合成化合物，并指導(dǎo)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)這些化合物。你可以對(duì)新型材料產(chǎn)生新的假設(shè)，這些材料可能具有更好的性能或由更可持續(xù)的物質(zhì)制成。加快解釋數(shù)據(jù)的過程可以幫助實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新循環(huán)的自動(dòng)化?！?/p>

原文標(biāo)題：IBM研發(fā)“電子舌頭” 可分析液體的化學(xué)成分

文章出處：【微信公眾號(hào)：IEEE電氣電子工程師】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。