據(jù)悉，IBM研究院（IBM Research）開發(fā)了一種化學味覺感知工具——HyperTaste。該工具是一種能夠分析液體化學成分的傳感器，識別出不同液體的類型。

IBM Research的研究人員Patrick Ruch說：“HyperTaste受到了人工智能和機器學習的啟發(fā)，這些技術(shù)可以模擬人類的視覺和聽覺等感官，用于識別圖像和解釋語音。我們想展示一種用于化學傳感的新透鏡。”

這個想法是應(yīng)用了一種組合方法，使用一系列傳感器，就像我們舌頭上成千上萬的味蕾一樣，然后通過機器學習算法來解釋這些傳感器的輸出。該團隊使用了一塊帶有微控制器硬件的印刷電路板和一個由16個導(dǎo)電聚合物傳感器組成的組件，當浸入溶液中時，這些傳感器會改變其電壓。“這有點像電池的工作原理，幾乎就像我們用我們想要測試的液體作為電解液，”Ruch說。

將傳感器陣列浸入液體中，會產(chǎn)生該液體特有的一系列電壓信號及其化學指紋。這些電壓信號被中繼到移動應(yīng)用程序，移動應(yīng)用程序?qū)⑵鋫鬏數(shù)皆品?wù)器，機器學習模型使用數(shù)據(jù)訓練算法，并將指紋與已知液體的數(shù)據(jù)庫進行比較。然后，該算法在一兩分鐘內(nèi)將結(jié)果報告給應(yīng)用程序，無論是識別液體還是僅僅估計其性質(zhì)。

“你不一定需要實驗室來做這件事，這就節(jié)省了時間和成本，加快了測試過程，”Ruch說，“我們希望使用最低限度的便攜式硬件，并證明這種化學傳感系統(tǒng)的智能可以推到軟件方面。”

盡管操作簡單，但HyperTaste并不容易開發(fā)。將系統(tǒng)的各個部分整合在一起，并合并一個由電化學和材料科學家組成的跨學科團隊，以確定HyperTaste的傳感原理，電氣工程師定義和組裝硬件，以及數(shù)據(jù)科學和部署方面的軟件工程師，這證明是具有挑戰(zhàn)性的。

“我們必須在團隊中整合所有這些功能，并找到一種通用語言，以便能夠理解這些不同組件和切換點之間的接口，”Ruch說。

與大多數(shù)傳統(tǒng)的化學傳感器（如pH和氧氣傳感器）不同，HyperTaste的設(shè)計目的不是檢測特定類型的化合物。Ruch說：“如果你想對特定的化合物、分子或毒素進行精確的定量，那么HyperTaste可能不是最好的工具。你可能需要選擇一種不同的傳感機制，一種更敏感、檢測下限更低的機制。”

HyperTaste于2019年首次開發(fā)，但它只能與少數(shù)特定液體一起使用。現(xiàn)在，它可以分析更復(fù)雜的液體。“在項目的早期，我們不得不手動將傳感器陣列浸入不同的液體中數(shù)次，以收集我們的訓練數(shù)據(jù)，”Ruch說，“最終，我們轉(zhuǎn)移到一個機器人自動取樣器裝置上，其上面安裝了傳感器。自動取樣器可以全天候工作，將傳感器浸入不同的液體中。”

IBM的團隊測試了HyperTaste辨別不同類型瓶裝礦泉水的能力，按水果類型識別果汁，按品牌和產(chǎn)地識別葡萄酒，估算咖啡的濃度，并檢測假冒酒精等。Ruch將可能的HyperTaste用例分為四類：驗證液體來源并剔除假冒產(chǎn)品的認證；確保飲料質(zhì)量一致的質(zhì)量控制；創(chuàng)新測試和開發(fā)新口味和配方；以及監(jiān)控機制。

例如，在剛剛完成跨大西洋航行的“五月花”號自主船的船體上安裝HyperTaste裝置，對監(jiān)測進行了測試。Ruch說：“這個想法是為了證明HyperTaste能夠在時間和旅行路線上自動監(jiān)測海洋化學，從而能夠?qū)Ｑ笏峄仁虑樽龀雠袛唷１仨氝M行一些工程，以確保海水可以從海洋中抽取出來，并在船上進行采樣，但好消息是，該系統(tǒng)在整個航程中保持運行。我們期待著在獲得數(shù)據(jù)后對其進行分析。”

對HyperTaste的研究是IBM加速材料發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的更大計劃的一部分。Ruch說：“這種機器輔助解釋測量數(shù)據(jù)可能對未來的實驗室有用，在實驗室分析中使用機器學習有很大的潛力。如果機器可以幫助解釋測量結(jié)果，那么你可以找到如何自動合成化合物，并指導(dǎo)機器人實驗室生產(chǎn)這些化合物。你可以對新型材料產(chǎn)生新的假設(shè)，這些材料可能具有更好的性能或由更可持續(xù)的物質(zhì)制成。加快解釋數(shù)據(jù)的過程可以幫助實現(xiàn)創(chuàng)新循環(huán)的自動化。”

原文標題：IBM研發(fā)“電子舌頭” 可分析液體的化學成分

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