اگر بعد از خوردن غذای مشکوک دچار ناراحتی معده شوید، احتمالاً یکی از خوششانسها هستید.
بیماریهای ناشی از غذا یک مشکل جهانی و بالقوه کشنده هستند که باعث دردهای رودهای بیشتری میشوند.
برآوردها نشان میدهند که بیش از ۸۵۰ میلیون نفر هر ساله بعد از خوردن غذاهای آلوده بیمار میشوند و این امر منجر به بیش از ۱.۵ میلیون مرگ سالانه میگردد.
با وجود اینکه فناوری در اکثر جنبههای زندگی روزمره نفوذ کرده است، هنوز هم روش اصلی ما برای ایمنی غذایی، آزمایش سریع و سطحی بویایی برای تعیین تازگی شیر دیروز یا باقیماندههای هفته گذشته است.
اما بینی انسان یک تشخیصدهنده شیمیایی ناقص است، همانطور که بسیاری از افرادی که صبح روز بعد از نوشیدن پپتو-بیسمول دچار مشکل میشوند، شاهد آن هستند.
به همین دلیل، برای نجات ما از یک تکه سالمون به ظاهر بیخطر، مهندسان دانشگاه کالیفرنیا (UC) برکلی یک «بینی الکتریکی» توسعه دادهاند.
این فناوری میتواند در وسایل روزمره گنجانده شود تا ما را از پاتوژنهای پنهان، از جمله آنهایی که با فساد غذا مرتبط هستند، محافظت کند.
کارلا باسیل، مهندس برق در UC برکلی و نویسنده اصلی این مطالعه، میگوید: “یخچالهای هوشمند که دارای حسگرهایی هستند که میتوانید از طریق تلفن همراه کنترل کنید، میتوانند یک کاربرد عالی برای این نوع فناوری باشند.”
او ادامه میدهد: “چقدر عالی خواهد بود اگر یخچال شما بتواند به شما بگوید، ‘هی، بروکلی شما به زودی خراب میشود، پس بهتر است آن را بخورید’؟ یا ‘مرغ شما در آخرین روز خود است’؟”
این «بینی الکتریکی» شامل ۱۶ حسگر است که هر کدام به ترکیبی متفاوت از گازها حساس هستند و به افرادی که در مورد آن پای مرغ باقیمانده تردید دارند، پاسخ مثبت یا منفی میدهند.
باسیل این حسگرها را به «زبانهای دیجیتال» تشبیه میکند که هر کدام به یک محرک متفاوت حساس هستند.
هر یک از این ۱۶ حسگر دارای فیلم حسگری متفاوتی است و با تبدیل واکنشهای شیمیایی بین سطح حسگر و مولکول گاز به سیگنالهای الکتریکی کار میکند.
محققان از روشهای یادگیری ماشین برای آموزش بینی الکتریکی به شناسایی ۱۶ محصول غذایی مختلف استفاده کردهاند و دقت پیشبینی کلی نزدیک به ۹۳ درصد را به دست آوردهاند.
این محصولات شامل میوهها و آلرژنهای رایج مغزها، مانند گردو و بادامزمینی هستند. آنها همچنین وظیفه دشواری را برای شناسایی مرغ خام، شیر و تخممرغهایی که به مدت ۲۴ تا ۴۸ ساعت در دمای اتاق قرار داشتهاند، به عهده گرفتند.
بینی الکتریکی پیشرفتهای متعددی نسبت به دیگر سیستمهای تشخیص گاز تکچیپ که ممکن است تنها از ۲ تا ۱۰ حسگر استفاده کنند، نشان میدهد.
برای مثال، بینی الکتریکی در دمای اتاق کار میکند، به لطف نیمهرساناهای ساخته شده از نانو لولههای کربنی که مادهای تقریباً معجزهآسا است و سطح بالایی را به همراه استحکام و سبکی ارائه میدهد.
علاوه بر این، تولید این پروب مصنوعی نیاز به یک تکنیک نسبتاً ساده به نام ریختن قطرهای دارد، که در آن محققان محلول حاوی نانوذرات را روی یک چیپ اعمال کرده، آن را شستشو میدهند و با استفاده از یک تفنگ نیتروژن خشک میکنند.
باسیل میگوید: “جنبه واقعاً مقیاسپذیر بینی الکتریکی من این است که میتوانیم از همه این انواع مواد حسگری استفاده کنیم در حالی که همه آنها را در یک مرحله قرار میدهیم.”
با این حال، هنوز راههای زیادی برای بهبود وجود دارد.
محققان در حال حاضر در جلوگیری از سردرگمی دستهای که ممکن است در مورد مغزها و بادامزمینی (که حبوبات هستند) پیش بیاید، پیشرفتهایی کردهاند – این تمایز بسیار مهم است، زیرا اینها از جمله نه آلرژن رایج در ایالات متحده هستند و ممکن است باعث آنافیلاکسی تهدیدکننده زندگی شوند.
در نتیجه، این شاخک مصنوعی ممکن است در نهایت برای شناسایی آلرژنها نیز استفاده شود. این امیدواری وجود دارد که برخی از نزدیک به ۳.۴ میلیون مراجعه اضطراری به بیمارستان به دلیل آلرژی غذایی که هر ساله در ایالات متحده اتفاق میافتد، که معادل یک بیمار هر ۱۰ ثانیه است، جلوگیری شود.
علاوه بر این، در حالی که بینی الکتریکی میتواند ۰.۰۵ گرم گردوی جدا شده، یا حدود یکصدی از یک مغز را شناسایی کند، هنوز در شرایط پیچیدهتر آزمایش نشده است. شناسایی بوی گردویی که در یک کیک پخته شده است، یا انتخاب یک مورد خراب در یخچالی پر از غذا، کارهای دشوارتری هستند.
این تیم همچنین در حال توسعه یک بینی الکتریکی قابل حمل است که با یک اپلیکیشن تلفن همراه همگامسازی میشود. مشتریان رستورانها که یک سنسور سایبری را بر روی سوشی خود میکشند، ممکن است روزی در رستورانها به صحنهای عادی تبدیل شوند.
اینکه چنین دستگاهی چه مقدار هزینه خواهد داشت و آیا میتواند در شرایط با منابع کم استفاده شود، هنوز مشخص نیست. بسیاری از بیماریهای ناشی از غذا به دلیل کمبود یخچال، آب آلوده یا برق متناوب هستند – نیازهای اساسی که باید به آنها رسیدگی شود.
اما هیچ دلیلی برای محدود کردن کاربردهای بینی الکتریکی به غذا وجود ندارد. این فناوری میتواند به بیومتریکها گسترش یابد، برای درک و ردیابی بوهای سلامتی انسان مانند سگهای هشدار دیابت.
باسیل نتیجهگیری میکند: “یادگیری ماشین به لطف پیشرفتها در قابلیتهای شناسایی الگو و سهولت استفاده، تغییر دهنده بازی برای فناوری حسگر بوده است.”
“و آنچه هیجانانگیز است این است که میتوانید بینی الکتریکی را بر روی اشیای دلخواه خود آموزش دهید، بنابراین میتوانید حسگرهایی را طراحی کنید که به هر کاربردی متناسب باشند.”
این تحقیق در Science Advances منتشر شده است.
