“Electronic Nose” Didukung oleh AI Meat Freshness Sniffs

Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh Profesor Chen Xiaodong dari NTU Singapura (kiri) telah menemukan sistem penciuman buatan yang meniru hidung mamalia untuk menilai kesegaran daging secara akurat. Kredit: NTU Singapura

Sebuah tim ilmuwan yang dipimpin oleh Nanyang University of Technology, Singapura (NTU Singapura) telah menemukan sistem penciuman buatan yang meniru hidung mamalia untuk menilai kesegaran daging secara akurat.

‘Hidung elektronik’ (hidung elektronik) terdiri dari ‘kode batang’ yang berubah warna seiring waktu sebagai reaksi terhadap gas yang dihasilkan oleh daging saat meluruh, dan kode batang ‘pembaca’ dalam bentuk aplikasi untuk ponsel cerdas yang diberdayakan oleh kecerdasan buatan (AI). Hidung elektronik telah dilatih untuk mengenali dan memprediksi kesegaran daging dari kumpulan besar warna kode batang.

Saat diuji pada sampel ayam, ikan, dan daging sapi yang dikemas secara komersial yang telah dibiarkan sesuai usia, tim menemukan bahwa algoritma AI jaringan saraf dalam yang berbelit-belit yang memberi makan e-nose telah memprediksi kesegaran daging sebesar 98,5 persen presisi. Sebagai pembanding, tim peneliti mengevaluasi akurasi prediksi dari algoritma yang biasa digunakan untuk mengukur respon sensor seperti barcode yang digunakan pada electronic nose ini. Jenis analisis ini menunjukkan akurasi keseluruhan 61,7 persen.

E-nose, yang dijelaskan dalam artikel yang diterbitkan di jurnal ilmiah Advanced Material pada bulan Oktober, dapat membantu mengurangi limbah makanan dengan memastikan kepada konsumen apakah daging cocok untuk dikonsumsi, lebih tepatnya dari label “Best Before”. Bisa, kata tim peneliti di NTU Singapura, yang telah bekerja sama dengan ilmuwan dari Jiangnan University, China, dan Monash University, di Australia.


Ilmuwan yang dipimpin oleh NTU Singapura telah menemukan sistem penciuman buatan yang meniru hidung mamalia untuk menilai kesegaran daging secara akurat. Kredit: NTU Singapura

Rekan penulis Profesor Chen Xiaodong, Direktur Pusat Inovatif untuk Perangkat Fleksibel di NTU, berkata: “Sistem penciuman buatan yang terbukti konsepnya, yang telah kami uji dalam skenario kehidupan nyata, dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam material. dari pengemasan dan hasil menghasilkan dalam waktu singkat tanpa kabel rumit yang digunakan untuk pengumpulan sinyal listrik di beberapa hidung elektronik yang telah dikembangkan baru-baru ini.

“Kode batang ini membantu konsumen menghemat uang dengan memastikan mereka tidak membuang produk yang selalu layak konsumsi, yang juga membantu lingkungan. Sifat barcode yang dapat terurai dan tidak beracun juga berarti bahwa barcode dapat diterapkan dengan aman di semua bagian rantai pasokan makanan untuk memastikan kesegaran makanan. ”

Paten telah diajukan untuk metode pemantauan kesegaran makanan secara waktu nyata ini, dan tim tersebut sekarang bekerja dengan perusahaan agroindustri Singapura untuk memperluas konsep ini ke jenis makanan yang mudah rusak lainnya.

Hidung untuk kesegaran

Hidung elektronik yang dikembangkan oleh ilmuwan NTU dan kolaboratornya berisi dua elemen: ‘kode batang’ berwarna yang bereaksi dengan gas yang dihasilkan oleh daging yang membusuk; dan ‘pembaca’ kode batang yang menggunakan AI untuk menafsirkan kombinasi warna pada kode batang. Untuk membuat hidung elektronik portabel, para ilmuwan telah mengintegrasikannya ke dalam aplikasi smartphone yang dapat memberikan hasil dalam 30 detik.

Hidung elektronik meniru fungsi hidung mamalia. Ketika gas yang dihasilkan oleh daging yang membusuk berikatan dengan reseptor di hidung mamalia, sinyal dihasilkan dan dikirim ke otak. Otak kemudian mengumpulkan respons-respons ini dan mengaturnya menjadi pola-pola, memungkinkan mamalia mengidentifikasi bau yang ada saat daging menua dan membusuk.

Kode Batang Elektronik Nasu

‘Hidung elektronik’ (hidung elektronik) terdiri dari ‘kode batang’ yang berubah warna seiring waktu sebagai reaksi terhadap gas yang dihasilkan oleh daging saat meluruh, dan kode batang ‘pembaca’ dalam bentuk aplikasi untuk ponsel cerdas yang diberdayakan oleh kecerdasan buatan (AI). Hidung elektronik telah dilatih untuk mengenali dan memprediksi kesegaran daging dari kumpulan besar warna kode batang. Kredit: NTU Singapura

Di hidung elektronik, 20 batang di kode batang bertindak sebagai reseptor. Setiap batang terbuat dari kitosan (gula alami) yang dilapisi turunan selulosa dan diisi dengan berbagai jenis pewarna. Pewarna ini bereaksi dengan gas yang dipancarkan oleh daging yang membusuk dan berubah warna sebagai respons terhadap jenis dan konsentrasi gas yang berbeda, menghasilkan kombinasi warna unik yang berfungsi sebagai “sidik jari beraroma” untuk keadaan apa pun. daging.

Misalnya, batang pertama kode batang berisi pewarna kuning yang bersifat asam lemah. Saat terkena senyawa yang mengandung nitrogen yang dihasilkan oleh daging yang membusuk (disebut bioamina), pewarna kuning ini berubah menjadi biru karena pewarna bereaksi dengan senyawa tersebut. Intensitas warna berubah dengan meningkatnya konsentrasi bioamina seiring dengan semakin membusuknya daging.

Untuk penelitian ini, para ilmuwan pertama-tama mengembangkan sistem penilaian (fresh, less fresh, atau spoiled) menggunakan standar internasional yang menentukan kesegaran daging. Ini dilakukan dengan mengekstraksi dan mengukur jumlah amonia dan dua bioamina lain yang ditemukan dalam kemasan ikan yang dikemas dalam film kemasan PVC transparan (vinil klorida) yang banyak digunakan dan disimpan pada suhu 4 ° C (39 ° C).Fahrenheit) dalam lima hari dengan interval yang berbeda.

Secara bersamaan mereka memantau kesegaran bungkus ikan ini dengan kode batang yang direkatkan ke bagian dalam film PVC tanpa menyentuh ikan tersebut. Gambar barcode ini diambil pada interval yang berbeda selama lima hari.

E-nose mencapai akurasi keseluruhan 98,5 persen

Jenis algoritma AI yang dikenal sebagai jaringan saraf konvolusional dalam kemudian dibentuk dengan gambar berbagai kode batang untuk mengidentifikasi pola pada sidik jari parfum yang sesuai dengan setiap kategori kesegaran.

Untuk mengukur keakuratan prediksi hidung elektronik mereka, ilmuwan NTU memantau kesegaran ayam, ikan, dan mangga yang dikemas secara komersial dengan kode batang yang ditempelkan pada film kemasan, dan disimpan pada suhu 25 °. C (77 ° Fahrenheit). Lebih dari 4000 gambar barcode dari enam kemasan daging diambil pada interval waktu yang berbeda selama 48 jam tanpa membuka kemasan daging yang berbeda.

Tim peneliti awalnya memformat sistemnya untuk memilih model dari sidik jari yang diambil dalam 3.475 gambar kode batang, sebelum menguji keakuratan sistem pada gambar yang tersisa.

Hasilnya mengungkapkan akurasi keseluruhan 98,5 persen – akurasi 100 persen untuk mengidentifikasi daging busuk, dan akurasi 96 hingga 99 persen untuk daging segar dan kurang segar.

Sebagai perbandingan, tim peneliti memilih setidaknya 20 gambar barcode dari setiap kategori kesegaran untuk menilai akurasi prediksi analisis jarak Euclidean, metode yang biasa digunakan untuk mengukur respons sensor. seperti kode batang yang digunakan di hidung elektronik ini. Analisis ini menunjukkan akurasi keseluruhan 61,7 persen.

Profesor Chen, Ketua Ketua Ilmu dan Teknik Material di NTU, mengatakan: “Meskipun e-noses telah diteliti secara ekstensif, masih terdapat kemunduran dalam komersialisasi karena masalah prototipe saat ini dengan deteksi akurat dan identifikasi bau Kami membutuhkan sistem yang memiliki konfigurasi sensor yang kuat dan metode analisis data yang dapat secara akurat memprediksi sidik jari parfum, yang ditawarkan oleh hidung kami elektronik.

“Kemampuan penghancurannya yang non-destruktif, otomatis, dan real-time juga dapat digunakan untuk mengenali jenis gas yang dipancarkan oleh jenis makanan yang mudah rusak lainnya ketika menjadi kurang segar, menyediakan platform baru yang dapat diterapkan secara luas untuk pengendalian kualitas udara. ‘Makanan, itulah yang sedang kami upayakan sekarang’.

Referensi: “Platform Produksi Kesegaran Makanan Portabel Berdasarkan Kombinasi Kode Batang Kolorimetri dan Jaringan Syaraf Konvolusional Dalam” oleh Lingling Guo, Ting Wang, Zhonghua Wu, Jianwu Wang, Ming Wang, Zequn Cui, Shaobo Ji, Jianfei, Chuanlai Xu dan Xiaodong Chen, 1 Oktober 2020, Material Lanjutan.
DOI: 10.1002 / adma.202004805

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.