科學家們打造了一種由 AI 驅動的「電子舌頭」

站長之家(ChinaZ.com) 10 月 20 日消息：你是否曾好奇冰箱深處那盒放了很久的果汁是否還能安全飲用？一種新的「電子舌頭」可以爲你解答。

這一由人工智能（AI）驅動的系統能夠檢測食品的安全性和新鮮度問題。研究人員在 10 月 9 日發表在《自然》雜誌上的報告中指出，這一系統還展示了 AI 如何進行決策的過程。

爲了製造這種「電子舌頭」，研究人員使用了離子敏感場效應晶體管——一種能夠檢測化學離子的裝置。該傳感器收集液體中的離子信息，並將其轉化爲計算機可以解釋的電信號。

「我們正在研發一種人工舌頭，但我們體驗不同食物的過程不僅依賴於舌頭本身，」該研究的合著者、賓夕法尼亞州立大學的工程師 Saptarshi Das 在一份聲明中說道。「我們有舌頭，舌頭由與食物成分相互作用的味覺受體組成，並將信息傳遞給味覺皮層——大腦中的一個生物神經網絡。」

在這個新系統中，傳感器充當舌頭的角色，而 AI 則扮演味覺皮層的功能，負責感知味覺的大腦區域。研究團隊將傳感器與一個人工神經網絡相連接，利用這個模仿人腦信息處理方式的機器學習程序，處理和解釋傳感器收集的數據。

最初，Das 和他的同事爲神經網絡提供了一些分析某種液體酸度的參數。通過這些參數，神經網絡的酸度判定準確率達到了 91%。當他們允許神經網絡自行設定酸度分析參數時，準確率提高到了 95% 以上。

隨後，他們用實際飲料對這一「舌頭」進行了測試。結果表明，該系統可以區分類似的軟飲料或咖啡混合物，判斷牛奶是否被稀釋，識別果汁是否變質，並檢測水中的全氟和多氟烷基物質（PFAS）。

通過一種名爲 Shapley 加法解釋的分析方法，研究人員能夠確定神經網絡在得出結論時認爲最重要的參數。這種方法有助於科學家理解神經網絡如何做出決策，這是 AI 研究中的一個尚未解決的問題。

「我們發現神經網絡能夠在數據中識別出一些我們人類難以明確定義的微妙特徵，」Das 在聲明中表示。「由於神經網絡能夠整體考慮傳感器的特性，它能夠減輕日常可能出現的變化。」

這種應對變化的能力有助於提高傳感器在其他應用中的可靠性。通過其決策過程，神經網絡能夠處理目前導致離子敏感場效應晶體管在某些情況下不穩定的變化。

「我們發現，即使面對不完美的情況，我們依然能夠接受並作出決策，」Das 在聲明中說。「這就是自然界的本質——充滿了不完美，但仍然能夠做出穩健的決策，就像我們的電子舌頭一樣。」