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超市的肉新鮮嗎?AI 電子鼻幫你「嗅」出來

2020/11/15
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為了更準確的知道什麼時候我們所吃食物不再安全,避免食物浪費。NTU科學家研發出可檢測肉類新氣味的「電子鼻」,依靠顏色變化的條形碼及條形碼「閱讀器」來跟蹤不同肉類的新鮮度。

十月份發表在科學雜誌《先進材料》上的一篇論文對「電子鼻」進行了描述,它可以通過幫助消費者確認肉是否適合食用,從而更有效的減少食物浪費,比包裝上「最好在某日期前食用」的標籤更能準確判定食物的保鮮度。

經過系統設置,「電子鼻」可以從條形碼顏色庫中識別並預測肉質的新鮮度。

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條形碼「閱讀器」分析肉類新鮮度,來源: NTU官網

研究小組在對未經過加工的雞、魚和牛肉樣品進行測試時發現,「電子鼻」採用的深層卷積神經網絡AI算法預測肉類新鮮度的準確率達到98.5%。作為比較,他們又評估了另外一種常用算法的預測準確性,結果顯示準確率為61.7%。

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科研團隊,來源:NTU官網

「電子鼻」的工作原理

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工作原理,來源:Advanced Material

「電子鼻」的工作原理實際上是在模仿哺乳動物的鼻子,肉類散發的氣體跟動物感受器結合,產生信號傳遞到大腦,大腦收集這些反應,從而能夠分辨腐爛肉的氣味。

「電子鼻」的結構包含兩部分:彩色的「條形碼」與條形碼「閱讀器」。

彩色的「條形碼」是一組由殼聚糖和纖維素衍生物組成的20條棒狀物質,這些棒狀物質裝有不同的染料。當染料與腐爛的肉類釋放的氣體發生反應,顏色會發生改變並形成獨特的圖案,這些圖案代表肉質的不同狀態。

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彩色條形碼,來源: NTU官網

條形碼「閱讀器」是基於深層卷積神經網絡AI算法開發的,它可以根據目錄識別條形碼的不同顏色圖案,從而判定肉質的新鮮程度。為了使「電子鼻」便於攜帶,科學家將其集成到手機應用中,它可以在30秒內產生結果。

高精度「電子鼻」得以驗證

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科研團隊,來源:NTU官網

為了衡量「電子鼻」的預測準確性,NTU科學家將商業包裝的雞、魚及牛肉存儲在25°C以下,使用條形碼來檢測肉質的新鮮度,在不打開包裝的情況下,48小時內,以不同的時間間隔拍攝了來自六個肉類包裝的4,000多個條形碼的圖像。

研究小組首先訓練他們的系統在3475個條形碼圖像中提取肉類氣味的模式,然後在剩下的圖像上測試系統的準確性。

結果表明,電子鼻能100%準確的檢測出變質的肉類,而檢測新鮮或不那麼新鮮的肉類的準確率能達到96-99%。總體來說,它的準確率為98.5%。

研究報告的合著者Chen Xiaodong教授說,「電子鼻」可以很容易地放置在包裝材料中,並且在短時間內產生結果,替代以往笨重的電線收集電信號。同時,這些條形碼可以幫助消費者省錢,避免誤丟仍可以食用的產品,這也有助於保護環境。

這種實時監測食品新鮮度的方法已經申請了專利,NTU研究團隊目前正與新加坡一家農業綜合企業公司合作,將這一概念推廣到其他類型的易腐食品。

參考文獻:

1. "International research team led by NTU Singapore develops AI-powered 『electronic nose』 to sniff out meat freshness" NTU Media Release;

2. "Portable Food-Freshness Prediction Platform Based on Colorimetric Barcode Combinatorics and Deep Convolutional Neural Networks" Advanced Materials

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