Lưỡi nhân tạo có thể giúp nhà nghiên cứu cải thiện kiểm tra an toàn thực phẩm. Ảnh: New Food Magazine
Live Science hôm 11/8 đưa tin lưỡi nhân tạo đầu tiên được mô phỏng theo hoạt động của chồi vị giác ở người. Trong bài báo đăng trên tạp chí PNAS, nhóm nghiên cứu cho biết thành tựu này có thể giúp chế tạo hệ thống tự động về an toàn thực phẩm và phát hiện sớm bệnh thông qua phân tích hóa học. Lưỡi nhân tạo cũng có thể tích hợp vào thiết bị phòng thí nghiệm để phân tích hóa học mẫu vật lỏng. Đây là bước tiến hướng tới hệ thống AI mô phỏng quá trình học tập của não bộ.
Lưỡi nhân tạo làm từ màng graphene oxide, những tấm carbon siêu mỏng đóng vai trò như bộ lọc phân tử đối với các hương vị. Thay vì phân tách hạt lớn, lớp màng làm chậm chuyển động của ion, cho phép nhận biết và ghi nhớ hương vị đưa vào thiết bị.
Trong nghiên cứu mới, thiết bị nhận biết được 4 hương vị cơ bản là ngọt, chua, mặn, đắng với độ chính xác từ 72,5-87,5% và tăng lên 96% đối với đồ uống như cà phê và Coca-Cola. Độ chính xác cao hơn là do thành phần hỗn hợp đồ uống phức tạp, giúp hệ thống nhận biết dễ dàng hơn. Nghiên cứu này đánh dấu lần đầu tiên các nhà nghiên cứu kết hợp thành công cảm biến và xử lý thông tin trong một hệ thống.
Các hệ thống nếm trước đây xử lý tất cả thông tin trên máy tính, nhưng nay thực hiện tất cả quá trình nhận biết và xử lý một phần lớn dữ liệu trong môi trường lỏng. Cách tiếp cận này mang lại độ chính xác cao hơn thông qua cho phép xử lý hương vị ở trạng thái ion tự nhiên thay vì biến đổi để phù hợp với hệ thống xử lý khô. Do các bộ phận điện tử truyền thống trục trặc trong môi trường lỏng, nhóm nghiên cứu phải tách riêng chức năng cảm nhận và xử lý. Hệ thống mới vượt qua giới hạn đó bằng cách sử dụng màng graphene oxide có thể phát hiện và tiến hành xử lý phần lớn thông tin khi ngâm trong chất lỏng.
Lưỡi nhân tạo hoạt động bằng cách hòa tan hợp chất hóa học trong chất lỏng, sau đó phân hủy thành ion. Các ion đi qua lớp carbon chuyên dụng tạo ra những kênh cực nhỏ, mỏng hơn hàng nghìn lần so với sợi tóc người, cho phép chúng tạo ra mẫu riêng báo hiệu hương vị của hợp chất hóa học ban đầu. Hệ thống sau đó 'học' về mẫu này và nhận diện hương vị chính xác hơn khi sử dụng liên tục.
Một sáng tạo quan trọng nằm ở cách nhóm nhà nghiên cứu làm chuyển động ion qua các kênh chậm hơn 500 lần so với bình thường, nhờ đó hệ thống có thể "ghi nhớ" mỗi hương vị mà nó từng gặp lâu tới 140 giây thay vì vài mili giây, tùy theo độ dày lớp màng.
Công nghệ lưỡi nhân tạo có thể giúp phát hiện bệnh sớm thông qua phân tích hương vị, xác định tác động của thuốc và hỗ trợ người mất vị giác do rối loạn thần kinh hoặc đột quỵ. Lưỡi nhân tạo cũng có thể giúp cải thiện kiểm tra an toàn thực phẩm, kiểm soát chất lượng trong sản xuất đồ uống và theo dõi nguồn cung cấp nước.
Yong Yan, giáo sư hóa học ở Trung tâm Khoa học nano và Công nghệ Trung Quốc, thành viên nhóm nghiên cứu, thừa nhận hệ thống vẫn quá cồng kềnh cho ứng dụng thực tế, đồng thời cần cải thiện độ nhạy. Nhóm sẽ tiếp tục giải quyết thách thức về mở rộng sản xuất, cải thiện hiệu suất và tích hợp thêm cảm biến cho sản phẩm.
An Khang (Theo Live Science, PNAS)