AI現(xiàn)在有味覺(jué)了！

近日，科學(xué)家研發(fā)出一種人工味覺(jué)系統(tǒng)，不僅感知酸、甜、苦、咸準(zhǔn)確率高達(dá)90%，甚至能分辨可樂(lè)和咖啡。

相關(guān)研究已發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS），并作為新聞報(bào)道登上了《Nature》官網(wǎng)。

這是一種基于石墨烯的AI傳感器——GO-ISMD，能模擬人類(lèi)的味覺(jué)反應(yīng)，有望幫助神經(jīng)疾病患者重獲“嘗味”的能力。

下面讓我們探究一下這個(gè)“電子舌頭”是怎么來(lái)的？

基于石墨烯的“舌頭”

意大利那不勒斯佩加索大學(xué)的神經(jīng)倫理學(xué)家Andrea Lavazza曾提出：

如果我們能讓一個(gè)人重新體驗(yàn)到味覺(jué)，那將是一項(xiàng)巨大的成功。

如今，這一設(shè)想正借助石墨烯材料逐步成為現(xiàn)實(shí)。

科學(xué)家們?cè)缫颜J(rèn)識(shí)到，石墨烯作為化學(xué)傳感器具有巨大潛力。

這種由碳原子構(gòu)成的二維六邊形晶格不僅具備優(yōu)異的電導(dǎo)性，還對(duì)各種分子極為敏感，為人工味覺(jué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了理想的材料基礎(chǔ)。

最新研究顯示，科學(xué)家利用氧化石墨烯成功研制出一種新型味覺(jué)傳感器。

氧化石墨烯作為石墨烯的衍生物，不僅保留了石墨烯的結(jié)構(gòu)特性和優(yōu)異性能，還同樣具有較大的表面積。

其獨(dú)特之處在于，當(dāng)接觸不同化學(xué)物質(zhì)時(shí)，材料的電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生特異性變化。

這些變化可以被檢測(cè)，然后通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)加以解讀，從而識(shí)別不同的味道并建立味覺(jué)“記憶”。

這類(lèi)似于舌頭上的味覺(jué)感受器對(duì)不同化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生神經(jīng)信號(hào)，隨后大腦處理這些信號(hào)，完成味覺(jué)感知。

這種受生物啟發(fā)的神經(jīng)形態(tài)人工味覺(jué)系統(tǒng)，采用在生理環(huán)境中重構(gòu)的層狀氧化石墨烯（GO）膜構(gòu)建而成。

該GO納米流體裝置不僅具備味覺(jué)傳感功能，還能作為憶阻器（一種具有記憶功能的電阻元件）工作，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)酸、苦、咸、甜等味道的分類(lèi)。

為了制造這種GO離子傳感器（GO-ISMD），首先通過(guò)真空過(guò)濾制備GO膜，然后將GO膜轉(zhuǎn)移至帶有100納米厚懸浮氮化硅（SiNx）窗口的硅基底上，該窗口區(qū)域設(shè)有36個(gè)直徑約為3微米的穿孔。

隨后在鹽溶液中使用數(shù)據(jù)采集卡（NI PCIe-6361）和低噪聲電流前置放大器（SR570）監(jiān)測(cè)GO-ISMD的電學(xué)特性。

準(zhǔn)確率可達(dá)90%

為了驗(yàn)證此裝置的有效性，研究人員選取了四種代表不同味道的化學(xué)物質(zhì)：酸（醋酸，CH?COOH ）、苦（硫酸鎂，MgSO?）、咸（氯化鈉，NaCl）、甜（醋酸鉛，Pb(CH?COO)? ）。

為簡(jiǎn)化分類(lèi)過(guò)程，他們將四分類(lèi)問(wèn)題拆解為四個(gè)獨(dú)立的二分類(lèi)任務(wù)。每個(gè)模型用于判斷未知味道是否屬于該對(duì)應(yīng)類(lèi)別。

數(shù)據(jù)集被劃分為訓(xùn)練集和測(cè)試集，分別包含160個(gè)訓(xùn)練樣本和40個(gè)測(cè)試樣本。

在識(shí)別此前未接觸過(guò)的化學(xué)物質(zhì)所代表的味道時(shí)，分類(lèi)準(zhǔn)確率最高可達(dá)約90%。

此外，該系統(tǒng)在識(shí)別復(fù)雜飲品（如咖啡、可樂(lè)及其混合物）方面同樣表現(xiàn)出優(yōu)異性能，分類(lèi)準(zhǔn)確率高達(dá)92.3%。

Lavazza表示：

這一研究進(jìn)展是“非常非常重要的一步”，有望幫助患有神經(jīng)系統(tǒng)疾病的人恢復(fù)味覺(jué)。