Επιστήμονες δημιούργησαν την πρώτη τεχνητή «γλώσσα» στον κόσμο, που μπορεί να ανιχνεύει και να αναγνωρίζει γεύσεις σε υγρό περιβάλλον – μιμούμενη τη λειτουργία των ανθρώπινων γευστικών κάλυκων. Η καινοτομία αυτή θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε αυτοματοποιημένα συστήματα για την ασφάλεια των τροφίμων και την έγκαιρη διάγνωση ασθενειών μέσω χημικής ανάλυσης. Οι ερευνητές εκτιμούν επίσης ότι η τεχνολογία αυτή μπορεί να ενσωματωθεί σε εργαστηριακό εξοπλισμό για ανάλυση υγρών δειγμάτων, αλλά και να αποτελέσει βήμα προς την «νευρομορφική υπολογιστική» – δηλαδή, την τεχνητή νοημοσύνη που μιμείται τον τρόπο με τον οποίο μαθαίνει ο ανθρώπινος εγκέφαλος.
Η τεχνητή γλώσσα είναι κατασκευασμένη από μεμβράνες οξειδίου του γραφενίου – εξαιρετικά λεπτά φύλλα άνθρακα που λειτουργούν ως μοριακά φίλτρα για ιοντικές εκδοχές των γεύσεων. Αντί να φιλτράρουν μεγάλα σωματίδια, οι μεμβράνες επιβραδύνουν τη ροή των ιόντων, δίνοντας στη συσκευή τη δυνατότητα να αναγνωρίζει και να «αποθηκεύει» τις γεύσεις.
Στη νέα μελέτη, η συσκευή κατάφερε να εντοπίσει τις τέσσερις βασικές γεύσεις – γλυκό, ξινό, αλμυρό και πικρό – με ποσοστά ακρίβειας 72,5% έως 87,5%. Όταν αξιολογούσε πιο σύνθετα ποτά όπως ο καφές και η Coca-Cola, η ακρίβεια αυξήθηκε στο 96%. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτή είναι η πρώτη φορά που ενσωματώνονται σε μία μόνο «υγρή» συσκευή τόσο η ανίχνευση όσο και η επεξεργασία πληροφοριών.
«Αυτή η ανακάλυψη μας δίνει ένα νέο πρότυπο για την ανάπτυξη ιοντικών συσκευών εμπνευσμένων από τη βιολογία», δήλωσε ο καθηγητής Γιονγκ Γιαν, επικεφαλής της μελέτης από το Εθνικό Κέντρο Νανοεπιστημών και Τεχνολογίας της Κίνας. «Οι συσκευές μας έχουν τη δυνατότητα να λειτουργούν μέσα σε υγρά περιβάλλοντα, να ‘αισθάνονται’ το περιβάλλον τους και να επεξεργάζονται πληροφορίες, όπως και το ανθρώπινο νευρικό σύστημα» πρόσθεσε.
Επεξεργασία πληροφοριών σε υγρό περιβάλλον
Σε αντίθεση με τα προηγούμενα συστήματα γευσιγνωσίας που βασίζονταν αποκλειστικά σε εξωτερικούς υπολογιστές για την ανάλυση των δεδομένων, το νέο σύστημα πραγματοποιεί τόσο την ανίχνευση όσο και μεγάλο μέρος της επεξεργασίας απευθείας σε υγρό περιβάλλον. Αυτό το καθιστά πιο ακριβές, καθώς οι γεύσεις αναλύονται στη φυσική τους, ιοντική μορφή, χωρίς να απαιτείται μετατροπή για συμβατότητα με «ξηρές» υπολογιστικές πλατφόρμες.
Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες ήταν υποχρεωμένοι να διαχωρίζουν την ανίχνευση από την επεξεργασία δεδομένων, καθώς τα συμβατικά ηλεκτρονικά συστήματα δεν αποδίδουν αποτελεσματικά σε υγρό περιβάλλον. Η χρήση των μεμβρανών οξειδίου του γραφενίου ξεπερνά αυτό το εμπόδιο, επιτρέποντας την ανίχνευση και εν μέρει την ανάλυση εντός του υγρού.
Πώς λειτουργεί η τεχνητή γλώσσα
Η τεχνητή γλώσσα λειτουργεί διαλύοντας χημικές ενώσεις στο υγρό, οι οποίες μετατρέπονται σε ιόντα. Στη συνέχεια, τα ιόντα περνούν μέσα από εξειδικευμένα φύλλα άνθρακα με μικροσκοπικά κανάλια – χιλιάδες φορές πιο λεπτά από μια ανθρώπινη τρίχα. Αυτό δημιουργεί μοναδικά μοτίβα για κάθε γεύση, τα οποία το σύστημα «μαθαίνει» και αναγνωρίζει όλο και καλύτερα με την πάροδο του χρόνου.
Μια κρίσιμη καινοτομία ήταν η επιβράδυνση της ροής των ιόντων έως και 500 φορές, επιτρέποντας στη συσκευή να «θυμάται» τις γεύσεις για περίπου 140 δευτερόλεπτα, αντί για λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου, όπως συμβαίνει με άλλα συστήματα.
Ιατρικές και πρακτικές εφαρμογές
Η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την έγκαιρη διάγνωση ασθενειών μέσω γευστικής ανάλυσης και την αξιολόγηση της επίδρασης φαρμάκων. Θα μπορούσε ενδεχομένωςνα βοηθήσει άτομα που έχουν χάσει την αίσθηση της γεύσης λόγω νευρολογικών διαταραχών ή εγκεφαλικού επεισοδίου. Μπορεί επίσης να βελτιώσει τους ελέγχους ασφαλείας τροφίμων, την ποιότητα στην παραγωγή ποτών και την παρακολούθηση της ποιότητας του νερού, προσδιορίζοντας τις χημικές γεύσεις.
Ωστόσο, ο ερευνητής παραδέχθηκε ότι υπάρχουν ακόμη προκλήσεις.
«Το σύστημα παραμένει ογκώδες για πρακτικές εφαρμογές, η ευαισθησία πρέπει να βελτιωθεί και η κατανάλωση ενέργειας είναι υψηλότερη από το επιθυμητό» είπε.
Παρόλα αυτά, παραμένει αισιόδοξος.
«Αν καταφέρουμε να μειώσουμε το μέγεθος, να βελτιώσουμε την ενεργειακή απόδοση και να ενσωματώσουμε πολλαπλούς αισθητήρες με κατάλληλο νευρομορφικό υλικό, τότε μπορούμε να δούμε ριζικές αλλαγές στην τεχνολογία υγείας, τη ρομποτική και την περιβαλλοντική παρακολούθηση μέσα στην επόμενη δεκαετία», κατέληξε ο Γιονγκ.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση PNAS.
