Изкуствен език на базата на графен постига вкусови усещания, близки до човешките

Пробив в сензорните технологии с помощта на графен и машинно обучение.

Учени създадоха първия изкуствен език, базиран на графенов оксид, който успешно имитира човешкото вкусово възприятие. Според публикация в списание Proceedings of the National Academy of Sciences, системата е първата по рода си, която функционира във влажна среда и се приближава максимално до условията в човешката уста.

Как работи изкуственият език?

Устройството използва няколко слоя графенов оксид, познат с гъвкавите си електрически свойства и висока химична чувствителност. Те са вградени в нанофлуидна структура, която улавя и реагира на химични съединения, подобно на вкусовите рецептори при хората.

Когато сензорът бъде изложен на различни вещества, електрическата му проводимост се променя, създавайки уникални сигнали за всеки вкус. Екипът използва машинно обучение, за да обучи алгоритъм върху реакциите от 160 различни химикали, всеки с индивидуален вкусов профил. Така се създава своеобразна „памет на вкусовете“, подобна на човешката.

Идентификация на вкусове с висока точност

Системата демонстрира точност от 98,5% при разпознаване на вече „познати“ вкусове и между 75% и 90% точност при нови, непознати проби. Алгоритъмът успява дори да разграничи сложни вкусови профили, като тези на кафето и безалкохолните напитки с вкус на кола.

По време на тестовете сензорът бе обучен да разпознава четири основни вкуса — сладко, солено, горчиво и кисело. Изследователите отбелязват, че технологията може да бъде разширена, за да включи умами, а дори и шестия вкус, открит през 2023 г. — амонячен хлорид.

Какво отличава новия изкуствен език от предишни разработки?

Повечето досегашни изкуствени вкусови системи страдат от ограничения, като невъзможност за работа във влажна среда или необходимост от отделни компоненти за сензорика и изчисления. Новият подход обединява и двете функции в едно нанофлуидно устройство, създавайки компактна и интегрирана система.

Потенциал за медицинска и хранителна революция

Според изследователите, тази технология може един ден да помогне на хора, загубили вкуса си в резултат на инсулт, вирусна инфекция или невродегенеративни заболявания. Преди това обаче трябва да се преодолеят някои ключови предизвикателства — включително миниатюризацията на устройството и намаляване на енергийната му консумация.

„Това е само първата стъпка. Предстои дълъг път, но вече виждаме ясно, че изкуственият вкус може да бъде реалност,“ коментират авторите на проучването.

Какво е графенов оксид и защо е важен?

Графеновият оксид е производно на графена — материал, съставен от един слой въглеродни атоми, наредени в шестоъгълна решетка, отличаващ се с изключителна здравина, проводимост и химична чувствителност. Графенът е изолиран за пръв път от Андре Гейм и Коста Новослов, които печелят Нобелова награда за физика през 2010 г.

Подобно на графена, графеновият оксид реагира на външни химикали с промени в електрическата си проводимост, което го прави идеален кандидат за сензорни приложения.

Защо това откритие е важно?

• Иновативна технология с потенциал за медицинска употреба

• Висока точност при имитация на човешки вкус

• Мащабируемост към нови вкусови профили

• Отваря врати към по-интуитивни сензори в хранително-вкусовата промишленост, роботиката и медицината

DOI: 10.1073/pnas.2413060122

Източник: Obekti.bg