Para ilmuwan mengembangkan ‘hidung elektronik’ bertenaga AI untuk mengendus kesegaran daging


Newswise – Tim ilmuwan yang dipimpin oleh Nanyang Technological University, Singapura (NTU Singapura) telah menemukan sistem penciuman buatan yang meniru hidung mamalia untuk menilai kesegaran daging secara akurat.

‘Hidung elektronik’ (e-nose) terdiri dari ‘kode batang’ yang berubah warna seiring waktu sebagai reaksi terhadap gas yang dihasilkan oleh daging saat membusuk, dan ‘pembaca’ kode batang dalam bentuk aplikasi ponsel cerdas yang didukung oleh kecerdasan buatan ( AI). E-nose telah dilatih untuk mengenali dan memprediksi kesegaran daging dari koleksi besar warna barcode.

Saat diuji pada sampel daging ayam, ikan, dan daging sapi yang dikemas secara komersial yang dibiarkan sesuai usia, tim menemukan bahwa algoritme AI jaringan saraf konvolusional yang dalam yang menggerakkan e-nose memprediksi kesegaran daging dengan akurasi 98,5 persen. Sebagai pembanding, tim peneliti menilai akurasi prediksi dari algoritma yang biasa digunakan untuk mengukur respon sensor seperti barcode yang digunakan pada e-nose ini. Jenis analisis ini menunjukkan akurasi keseluruhan 61,7 persen.

E-nose, dijelaskan dalam makalah yang diterbitkan di jurnal ilmiah Material Lanjutan pada bulan Oktober, dapat membantu mengurangi pemborosan makanan dengan memastikan kepada konsumen apakah daging layak untuk dikonsumsi, lebih akurat daripada label ‘Best Before’, kata tim peneliti dari NTU Singapura, yang bekerja sama dengan ilmuwan dari Universitas Jiangnan, Cina, dan Universitas Monash, Australia.

Rekan penulis Profesor Chen Xiaodong, Direktur Pusat Inovatif untuk Perangkat Fleksibel di NTU, mengatakan: “Sistem penciuman buatan yang terbukti konsep kami, yang kami uji dalam skenario kehidupan nyata, dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam bahan kemasan dan hasil panen. menghasilkan waktu yang singkat tanpa kabel besar yang digunakan untuk pengumpulan sinyal listrik di beberapa e-noses yang dikembangkan baru-baru ini.

“Barcode ini membantu konsumen menghemat uang dengan memastikan bahwa mereka tidak membuang produk yang masih layak untuk dikonsumsi, yang juga membantu lingkungan. Sifat barcode yang biodegradable dan tidak beracun juga berarti dapat diaplikasikan dengan aman di semua bagian rantai pasokan makanan untuk memastikan kesegaran makanan. “

Paten telah diajukan untuk metode pemantauan kesegaran makanan secara waktu nyata ini, dan tim tersebut sekarang bekerja dengan perusahaan agribisnis Singapura untuk memperluas konsep ini ke jenis makanan yang mudah rusak lainnya.

Hidung untuk kesegaran

E-nose yang dikembangkan oleh ilmuwan NTU dan kolaboratornya terdiri dari dua elemen: ‘barcode’ berwarna yang bereaksi dengan gas yang dihasilkan oleh daging yang membusuk; dan ‘pembaca’ kode batang yang menggunakan AI untuk menafsirkan kombinasi warna pada kode batang. Untuk membuat e-nose portabel, para ilmuwan mengintegrasikannya ke dalam aplikasi smartphone yang dapat memberikan hasil dalam 30 detik.

E-nose meniru cara kerja hidung mamalia. Ketika gas yang dihasilkan oleh daging yang membusuk berikatan dengan reseptor di hidung mamalia, sinyal dihasilkan dan dikirim ke otak. Otak kemudian mengumpulkan respons ini dan mengaturnya ke dalam pola, memungkinkan mamalia mengidentifikasi bau yang ada saat daging menua dan membusuk.

Di e-nose, 20 batang di barcode bertindak sebagai reseptor. Setiap batang terbuat dari kitosan (gula alami) yang disematkan pada turunan selulosa dan diisi dengan jenis pewarna yang berbeda. Pewarna ini bereaksi dengan gas yang dipancarkan oleh daging yang membusuk dan berubah warna sebagai respons terhadap jenis dan konsentrasi gas yang berbeda, menghasilkan kombinasi warna yang unik yang berfungsi sebagai ‘sidik jari aroma’ untuk keadaan daging apa pun.

Misalnya, batang pertama pada kode batang berisi pewarna kuning yang bersifat asam lemah. Ketika terpapar senyawa yang mengandung nitrogen yang dihasilkan oleh daging yang membusuk (disebut bioamina), pewarna kuning ini berubah menjadi biru saat pewarna bereaksi dengan senyawa ini. Intensitas warna berubah dengan meningkatnya konsentrasi bioamina seiring dengan semakin membusuknya daging.

Untuk penelitian ini, para ilmuwan pertama kali mengembangkan sistem klasifikasi (segar, kurang segar, atau manja) dengan menggunakan standar internasional yang menentukan kesegaran daging. Ini dilakukan dengan mengekstraksi dan mengukur jumlah amonia dan dua bioamina lain yang ditemukan dalam kemasan ikan yang dibungkus dengan film kemasan PVC transparan (polivinil klorida) yang banyak digunakan dan disimpan pada suhu 4 ° C (39 ° Fahrenheit) selama lima hari dengan interval yang berbeda.

Mereka secara bersamaan memantau kesegaran paket ikan ini dengan barcode yang direkatkan di sisi dalam film PVC tanpa menyentuh ikan. Gambar dari barcode ini diambil pada interval yang berbeda selama lima hari.

> E-nose mencapai akurasi keseluruhan 98,5 persen

Jenis algoritma AI yang dikenal sebagai jaringan neural konvolusional dalam kemudian dilatih dengan gambar dari kode batang yang berbeda untuk mengidentifikasi pola dalam sidik jari aroma yang sesuai dengan setiap kategori kesegaran.

Untuk mengukur keakuratan prediksi e-nose mereka, para ilmuwan NTU kemudian memantau kesegaran ayam, ikan, dan daging sapi yang dikemas secara komersial dengan barcode yang direkatkan pada film kemasan, dan disimpan pada suhu 25 ° C (77 ° Fahrenheit). Lebih dari 4.000 gambar kode batang dari enam kemasan daging diambil pada interval waktu yang berbeda selama 48 jam tanpa membuka kemasan daging yang berbeda.

Tim peneliti pertama-tama melatih sistem mereka untuk memilih pola di antara sidik jari aroma yang ditangkap dalam 3.475 gambar kode batang, sebelum menguji keakuratan sistem pada gambar yang tersisa.

Hasilnya mengungkapkan akurasi keseluruhan 98,5 persen – akurasi 100 persen dalam mengidentifikasi daging busuk, dan akurasi 96 hingga 99 persen untuk daging segar dan kurang segar.

Sebagai perbandingan, tim peneliti secara acak memilih 20 gambar barcode dari setiap kategori kesegaran untuk menilai akurasi prediksi analisis jarak Euclidean, metode yang biasa digunakan untuk mengukur respons sensor seperti kode batang yang digunakan pada e-nose ini. Analisis ini menunjukkan akurasi keseluruhan 61,7 persen.

Prof Chen, Ketua Profesor Ilmu dan Teknik Material di NTU, mengatakan: “Meskipun hidung elektronik telah diteliti secara ekstensif, masih ada hambatan untuk komersialisasi mereka karena masalah prototipe saat ini dengan mendeteksi dan mengidentifikasi bau secara akurat. Kami membutuhkan sistem yang memiliki pengaturan sensor yang kuat dan metode analisis data yang dapat memprediksi sidik jari secara akurat, yang ditawarkan oleh e-nose kami.

“Kemampuan pemantauannya yang non-destruktif, otomatis, dan real-time juga dapat digunakan untuk mengenali jenis gas yang dipancarkan oleh jenis makanan yang mudah busuk saat mereka menjadi kurang segar, menyediakan platform baru yang dapat diterapkan secara luas untuk pengendalian kualitas makanan, itulah yang kami sedang mengerjakannya sekarang. “

###

Tentang Nanyang Technological University, Singapura

Universitas negeri intensif penelitian, Nanyang Technological University, Singapura (NTU Singapura) memiliki 33.000 mahasiswa sarjana dan pascasarjana di jurusan Teknik, Bisnis, Sains, Humaniora, Seni, & Ilmu Sosial, dan Pascasarjana. Ia juga memiliki sekolah kedokteran, Sekolah Kedokteran Lee Kong Chian, yang didirikan bersama dengan Imperial College London.

NTU juga merupakan rumah bagi lembaga otonom kelas dunia – Institut Pendidikan Nasional, Sekolah Studi Internasional S Rajaratnam, Observatorium Bumi Singapura, dan Pusat Teknik Ilmu Hayati Lingkungan Singapura – dan berbagai pusat penelitian terkemuka seperti Lingkungan & Air Nanyang. Lembaga Penelitian (NEWRI) dan Lembaga Penelitian Energi @ NTU (ERI @ N).

Peringkat di antara universitas top dunia oleh QS, NTU juga dinobatkan sebagai universitas muda terbaik dunia selama tujuh tahun terakhir. Kampus utama Universitas sering kali terdaftar di antara 15 kampus universitas terindah di dunia dan memiliki 57 proyek bangunan bersertifikat Green Mark (setara dengan LEED-bersertifikat), dimana 95% di antaranya bersertifikat Green Mark Platinum. Selain kampus utamanya, NTU juga memiliki kampus di distrik perawatan kesehatan Singapura.

Di bawah visi Kampus Cerdas NTU, Universitas memanfaatkan kekuatan teknologi digital dan solusi berbasis teknologi untuk mendukung pembelajaran dan pengalaman hidup yang lebih baik, penemuan pengetahuan baru, dan keberlanjutan sumber daya.

Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi http: // www.ntu.edu.sg.


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author