اختراع بینی الکترونیکی، برای تشخیص مسمومیت غذایی!

غزال زیاری- سالانه افراد زیادی هستند که در اثر مصرف موادغذایی ناسالم یا آلرژیک، دچار مسمومیت می شوند. اگر شما جزو آن دسته از افرادی هستید که بعد از خوردن بعضی موادغذایی، دل درد می گیرید، جزو انسان‌های خوش‌شانس هستید؛ چرا که خیلی از افراد، در اثر بیماری‌های ناشی از مواد غذایی و مسمومیت غذایی که یک مشکل جهانی و کشنده هستند، جان خود را از دست می دهند.

طبق تخمین سازمان جهانی بهداشت (WHO)، هر ساله بیش از ۸۵۰ میلیون نفر بعد از خوردن غذاهای آلوده بیمار می‌شوند و سالانه بیش از ۱.۵ میلیون مرگ‌ومیر در اثر مسمومیت غذایی ثبت می‌شود. 

در دنیای امروز که فناوری در اکثر جنبه‌های زندگی روزمره ما تاثیرات و تغییرات زیادی ایجاد کرده، ما هنوز برای تشخیص سلامت موادغذایی، به یک تست بویایی سریع و سرسری برای تعیین تازگی شیرِ دیروز یا باقی‌مانده غذای هفته گذشته بسنده می‌کنیم. اما باید بدانیم که بینی انسان، از نظر شیمیایی نقص‌های زیادی دارد و یک بو کردن ساده برای تشخیص مسمومیت غذایی کافی نخواهد بود.

بینی الکترونیکی،ناجی جان انسان‌ها

در این راستا و در شرایطی که گاهی ممکن است حتی یک تکه ماهی باعث مسمومیت شما شود، مهندسان دانشگاه کالیفرنیا برکلی یک «بینی الکترونیکی» طراحی کرده‌اند. جالب اینجاست که این فناوری می‌تواند در لوازم خانگی روزمره گنجانده شود تا از افراد در برابر عوامل بیماری‌زای پنهان، مثل عوامل مرتبط با فساد موادغذایی محافظت کند.

کارلا باسیل، مهندس برق دانشگاه برکلی و نویسنده اصلی این مطالعه، دراین باره توضیح داد: « فکر می‌کنم یخچال‌های “هوشمند”، با حسگرهایی که می‌توان آن‌ها را با تلفن کنترل کرد، کاربرد خوبی برای این نوع فناوری خواهند داشت. چقدر عالی می‌شد اگر یخچالتان می‌توانست به شما بگوید: “کلم بروکلی تو به‌زودی خراب می‌شود، سریع آن را بخور” یا “امروز آخرین روزی است که می‌توانی این مرغ را مصرف کنی”»

نحوه عملکرد بینی هوشمند

بینی الکترونیکی طراحی شده دارای ۱۶ حسگر است که هرکدام به ترکیب متفاوتی از گازها حساس هستند و بدین ترتیب به ابهام افرادی که درباره خوردن یا نخوردن یک غذای کهنه که چند روزی در یخچال مانده مردد هستند، چراغ سبز یا قرمز نشان می‌دهد.

باسیل این حسگرها را به جوانه‌های چشایی دیجیتال تشبیه می‌کند که هرکدام برای یک محرک متفاوت تنظیم شده‌اند. او در این باره گفت:«هر کدام از این ۱۶ حسگر، دارای یک لایه حسگر متفاوت است و کار آن تبدیل واکنش‌های شیمیایی بین سطح حسگر و مولکول گاز به سیگنال‌های الکتریکی است.»

محققان برای آموزش این بینی الکترونیکی برای تشخیص ۱۶ محصول غذایی مختلف، از روش‌های یادگیری ماشین استفاده کردند و دقت پیش‌بینی کلی عملکرد آن حدود ۹۳ درصد بود. آنها در این آزمایش از میوه‌ها و آلرژن‌های رایجی مثل آجیل، گردو و بادام‌زمینی استفاده کردند و در عین حال مسئولیت سخت شناسایی مرغ خام، شیر و تخم‌مرغ‌هایی که به مدت ۲۴ تا ۴۸ ساعت خارج از یخچال مانده بودند را به آن سپردند.

طبق گفته محققان، این بینی الکترونیکی در مقایسه با دیگر سیستم‌های تشخیص گاز تک‌تراشه‌ای که ممکن است فقط از ۲ تا ۱۰ حسگر استفاده کنند، به مراتب حرفه‌ای‌تر عمل می‌کند و به لطف بهره‌گیری از نیمه‌رساناهای ساخته‌شده از نانولوله‌های کربنی (ماده‌ معجزه‌آسایی که علاوه بر استحکام و سبکی، سطح مقطع بالایی دارد)، در دمای اتاق کار می‌کند.

ساخت این بینی مصنوعی مستلزم یک تکنیک نسبتاً ساده به نام «چکاندن» است که در آن محققان محلولی حاوی نانوذرات را روی یک تراشه می‌مالند، آن را شسته و با یک تفنگ نیتروژنی آن را خشک می‌کنند. باسیل در این باره توضیح داد: «جنبه مقیاس‌پذیر بینی الکترونیکی این است که می‌توانیم از همه این انواع مختلف مواد حسگر استفاده کنیم و در عین حال همه آن‌ها را در یک مرحله رسوب‌دهی کنیم.»

برنامه‌های آینده

محققان معتقدند که هنوز هم می‌توانند عملکرد این بینی الکترونیکی را بهبود بدهند. آنها در حال حاضر گام‌هایی در جهت جلوگیری از سردرگمی دسته‌بندی برداشته‌اند که ممکن است آجیل‌های درختی و بادام‌زمینی (که در دسته حبوبات قرار می گیرد) را با هم اشتباه بگیرد؛ تلاش برای تشخیص این دو ماده از هم به شدت ضروری به نظر می رسد؛ چرا که هردوی این دسته‌ها، جزو مواد آلرژن به شمار می‌روند و با احتمال بروز آنافیلاکسی در افراد، ممکن است جان کسانی که به آنها آلرژی دارند را با خطر مواجه کند. 

در نتیجه، این بینی مصنوعی ممکن است در نهایت برای تشخیص آلرژن‌ها هم مورد استفاده قرار بگیرد. در صورتی که این اتفاق بیفتد، می‌توان بخشی از حدود ۳.۴ میلیون فردی که هر ساله به دلیل آلرژی‌های غذایی به اورژانس آمریکا مراجعه می کنند را نجات دهد. این آمار به معنی مراجعه یک بیمار در هر ۱۰ ثانیه است.

این بینی الکترونیکی می‌تواند مقدار ناچیز ۰.۰۵ گرم گردوی جدا شده، یا حدود یک‌صدم یک گردو را تشخیص دهد؛ اما هنوز در شرایط پیچیده‌تر آزمایش نشده؛ تشخیص بوی گردویی که در کیک پخته شده، یا جدا کردن یک قلم جنس فاسد در یخچالی که پر از غذا است، کارهای به مراتب سخت‌تری هستند که باید بینی الکترونیکی قدرتش در تشخیص آنها را اثبات کند.

بینی قابل حمل برای استفاده در رستوران‌ها

اعضای این تیم به علاوه در حال توسعه یک بینی الکترونیکی قابل حمل هستند که با یک برنامه تلفن هوشمند همگام‌سازی می‌شود. بدین ترتیب ممکن است در آینده‌ای نزدیک، وقتی به یک رستوران می‌روید، ببینید که تعدادی از مشتریان یک شی الکترونیکی کوچک را روی غذایشان قرار می‌دهند و در نتیجه دیدن چنین اتفاقی در آینده به اتفاق رایجی تبدیل خواهد شد. البته هنوز مشخص نیست که هزینه و قیمت چنین دستگاهی چقدر خواهد بود و این سوال مطرح است که آیا می‌توان از آن در محیط‌های کم‌امکانات استفاده کرد یا خیر.

در شرایط فعلی که خیلی از بیماری‌های ناشی از مواد غذایی به دلیل عدم در اختیار داشتن یخچال، آب سالم و تمیز یا برق، جان افراد را به خطر می اندازد،ساخت و عرضه چنین ابزاری یک نیاز ضروری به نظر می‌رسد. اما خبر خوب اینجاست که کاربردهای بینی الکترونیکی تنها به غذا محدود نخواهد بود. این فناوری می‌تواند به طور  بیومتریک گسترش یابد، تا بوهای سالم و ناسالم برای انسان را به مثل سگ‌های هشداردهنده دیابت، درک و ردیابی کند.

باسیل در بخش پایانی صحبت هایش گفت: «یادگیری ماشین ثابت کرده که به لطف پیشرفت در قابلیت‌های تشخیص الگو و سهولت استفاده بیشتر، این ابزار بازی فناوری حسگرها را تغییر خواهد داد. نکته هیجان‌انگیز اینجاست که شما می‌توانید بینی الکترونیکی را بر روی اشیاء انتخابی خود آموزش دهید و در نتیجهمی‌توانید به طور بالقوه حسگرهایی متناسب با هر کاربرد طراحی کنید.»

منبع: sciencealert

۲۲۷۲۲۷