کلانشهر: محققان آکادمی علوم چین و دانشگاه فناوری شاندونگ موفق به طراحی یک حسگر مبتنی بر گرافن اکسید شده‌اند که با کمک یادگیری ماشینی، توانایی تشخیص طعم‌ها را با دقتی نزدیک به حس چشایی انسان به دست آورده است. این دستگاه که به صورت ویژه برای عملکرد در محیط‌های مرطوب (مانند دهان انسان) طراحی شده، می‌تواند تحولی بزرگ در صنایع غذایی، پزشکی و فناوری‌های مرتبط با حس چشایی ایجاد کند.

به گزارش pnas.org چگونه گرافن اکسید طعم‌ها را تشخیص می‌دهد؟ حسگر این زبان مصنوعی از چندین لایه گرافن اکسید تشکیل شده که در یک دستگاه نانوسیالی قرار گرفته‌اند. گرافن اکسید به دلیل تغییر در هدایت الکتریکی در مواجهه با مواد شیمیایی مختلف، امکان تشخیص طعم‌ها را فراهم می‌کند. محققان با قرار دادن این حسگر در معرض ۱۶۰ ماده شیمیایی با طعم‌های متفاوت، تغییرات الکتریکی آن را اندازه گیری کردند و سپس با استفاده از یک الگوریتم یادگیری ماشینی، یک «حافظه طعم» ایجاد کردند.

این فرآیند یادگیری شباهت زیادی به نحوه تفسیر سیگنال‌های چشایی در مغز انسان دارد. برای دهه‌ها تصور می‌شد که انسان تنها پنج طعم اصلی (شیرین، شور، تلخ، ترش و اومامی) را تشخیص می‌دهد، اما در سال ۲۰۲۳ محققان موفق به شناسایی ششمین طعم یعنی آمونیوم کلرید شدند.

در آزمایش‌های انجام شده، این سیستم مصنوعی که برای تشخیص چهار طعم اصلی آموزش دیده بود، توانست طعم‌های آشنا را با دقت ۹۸/۵٪ شناسایی کند. همچنین، در مواجهه با ۴۰ نمونه جدید که قبلاً تجربه نکرده بود، دقت تشخیص آن بین ۷۵٪ تا ۹۰٪ متغیر بود. جالب‌تر آنکه این الگوریتم حتی توانست طعم‌های پیچیده تری مانند قهوه و نوشابه را نیز با موفقیت تشخیص دهد.

یکی از چالش‌های اصلی در سیستم‌های مصنوعی پیشین، جداسازی بخش‌های حسگر و پردازشگر بود. اما در این طراحی جدید، هر دو عملکرد در یک دستگاه نانوسیالی ادغام شده‌اند که این امر باعث افزایش کارایی و کاهش خطا‌های احتمالی شده است.

به گفته محققان، این فناوری می‌تواند در آینده به افرادی که به دلیل سکته مغزی، عفونت‌های ویروسی یا بیماری‌های عصبی مانند آلزایمر و پارکینسون، حس چشایی خود را از دست داده‌اند، کمک کند. با این حال، هنوز چالش‌های فنی متعددی برای رسیدن به این هدف وجود دارد.

در حال حاضر، نمونه اولیه این سیستم به دلیل حجم نسبتاً بزرگ و مصرف انرژی بالا، بیشتر یک اثبات مفهوم است تا یک محصول تجاری. پژوهشگران تأکید دارند که برای استفاده عملی از این فناوری، نیاز به کوچک سازی بیشتر و بهبود یکپارچگی سیستم وجود دارد.

اگرچه این فناوری هنوز در مراحل آزمایشی قرار دارد، اما کاربرد‌های بالقوه آن در صنایع غذایی، کنترل کیفیت محصولات و پزشکی بسیار گسترده است. شرکت‌های بزرگ فعال در حوزه فناوری‌های پزشکی و غذایی احتمالاً به زودی به این نوآوری چشم دوزی خواهند کرد.

به نظر می‌رسد که ترکیب گرافن، نانوفناوری و هوش مصنوعی، آینده‌ای روشن را برای شبیه سازی و حتی بهبود حواس انسانی ترسیم می‌کند. آیا روزی خواهد رسید که ماشین‌ها طعم‌ها را بهتر از انسان تشخیص دهند؟ پاسخ این سؤال شاید چندان دور نباشد.