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采用新型无线技术检测食品安全

食物安然问题,是食品中有毒、有害物质对人体康健孕育发生影响的公共卫生问题。以前二十年来,食物安然变乱险些每年都邑照成疾病与逝世亡。是以,食物安然问题屡次成为举世的头条新闻。

举例来说,2008年,因为食用掺有三聚氰胺的婴幼儿配方奶粉,中国有5万多名婴幼儿接管治疗。三聚氰胺,是一种用于制造塑料的有机因素,高浓度时是有毒的。今年4月份,印度尼西亚有跨越百人逝世于饮用受到必然程度甲醇污染的酒。甲醇,在加水稀释后与酒精的气味邻近,且售价远低于食用酒精,在举世的黑市上贩卖。严格地讲,甲醇兑的产品纯属毒液。

然而,立异技巧可以赞助我们检测食物是否发生腐烂变质或者受到污染。笔者曾经先容过这方面的科研案例,例如:

1)加拿大年夜麦克马斯特大年夜学钻研职员开拓出一种透明测试贴片,上面印刷有无害分子,能在食物受到污染时发出旌旗灯号。这种贴片可直接集成到食物包装中,检测有害的致病菌例如:大年夜肠杆菌和头陀氏菌。

2)美国克拉克森大年夜学的科学家们开拓出一种低资源、便携式纸基传感器,不仅能检测食物是否腐烂变质或者受到污染,也能检测化妆品内是否含有有害物质,还可以鉴别偏远山林里的新型药用植物,以致可以剖断茶和酒。

3)美国加州大年夜学伯克利分校以及台湾交通大年夜学的钻研职员设计出一种低功耗的传感器,它能够无线地检测牛奶新鲜程度。

本日,让我们再看一项利用于食物安然方面的立异技巧。近日,美国麻省理工学院(MIT)媒体实验室(Media Lab)的钻研职员们开拓出一种无线系统,采纳在数以亿计产品上广泛应用的廉价 RFID 标签来检测食物污染,而且无需任何硬件改动。钻研职员盼望经由过程这种简单、可拓展的系统,向大年夜众遍及食物安然检测。

描述这一系统论文已成为国际谋略机学会研讨会的收集热门话题。论文合著者包括:媒体实验室助理教授 Fadel Adib、第一作者博士后 Unsoo Ha、博士后 Yunfei Ma、造访钻研员 Zexuan Zhong、电气与谋略机科学系钻研生 Tzu-Ming Hsu。

钻研职员开拓的系统称为“RFIQ”,内含一个涉猎器。当 RFID 标签发出无线旌旗灯号与食物进行交互时,感知旌旗灯号每分钟的变更。他们在这项钻研中主要关注了婴幼儿配方奶粉与酒。

这项技巧是基于:RFID标签发出的旌旗灯号会根据产品中特定污染物的水平而孕育发生特定的变更。机械进修模型“进修”这些相关性,假如有一种新材料,它就可以猜测材料是纯净的照样受污染的,以及受污染的程度。在实验中,系统检测含三聚氰胺的婴幼儿配方奶粉的精准度达96%,检测甲醇稀释的酒精的精准度达97%。

对付检测食物中的化学物质或者腐烂来说,今朝已经开拓出一些其他的传感器,然则那些都是高度专业化的系统,传感器涂有化学物质,并被练习去检测特定的污染物。媒体实验室的钻研职员们的目标是致力于更广泛的感知。Fadel Adib 表示:“我们将这种检测完全转移至谋略侧,你将可采纳异常廉价的传感器检测各类产品,例如酒和婴儿配方奶粉。”

RFID 标签是含有超高频微型天线的贴纸。它们贴在食物和其他物品上,每个标签大年夜约花费三到五美分。传统意义上说,称为“涉猎器”的无线设备用于感知标签,使标签上电并发出一个独特的旌旗灯号,此中包孕它所粘贴的产品的信息。

当 RFID 标签上电时,它们发出的小型电磁波会传输到容器内的食物中,食物中的离子及分子使之孕育发生掉真。这个历程也称为“弱耦合”。从根本上说,假如材料的特点发生改变,旌旗灯号的特性也随之改变。

一个关于特性掉真的简单例子,便是装有空气或者水的容器。假如容器是空的,那么 RFID 将老是相应950兆赫的电磁波。假如容器装有水,那么水会接受一些频率,并且它主要的相应是720兆赫阁下。特性掉真对付不合材料和不合污染物的检测是加倍细粒度的。Ha 表示:“此类信息可用于分类材料,在掺杂与纯净的材料之间显示出不合的特性。”

在钻研职员的系统中,涉猎器引发出的无线旌旗灯号为食品容器中的 RFID 标签上电。电磁波穿透容器内部的材料,并且给涉猎器返回掉真的幅度(旌旗灯号强度)与相位(角度)。

当涉猎器提守旌旗灯号特性时,它将这些数据发送至一台自力电脑上的机械进修模型。在练习中,钻研职员见告模型,纯净或掺杂的材料会有什么样响应的特性变更。这项钻研中,他们采纳纯净的酒和含有25%、50%、75%、100%甲醇的酒;他们采纳的婴儿配方奶粉掺有不合程度的三聚氰胺,从0到30%。

Adib 表示:“那么,模型将自动进修哪个频率最会受到这种百分比水平的污染的影响。当我们获取到新样本后,例如,20%的甲醇,模型会提取【特性】并为它们称重,并奉告你们,‘我觉得这是20%的甲醇的可能性很高。’”

系统的设计理念源自一种称为“射频频谱学”的技巧,它用宽频电磁波刺激材料,并丈量各类形式的交互,从而判断材料的组成。然则,将这项技巧用于系统存在一个主要寻衅:RFID标签只能在950兆赫阁下的异常窄的带宽内上电。在这样受限的带宽中提取的旌旗灯号无法采集到任何有用信息。

钻研职员们早期开拓了一项称为“双频引发”的技巧,他们的新技巧是在这个上面构建起来的。“双频引发”技巧发送两个频率来丈量数百个频率,一个频率用于激活,一个频率用于感知。涉猎器发送一个位于950兆赫阁下的旌旗灯号为RFID标签上电。当标签激活时,涉猎器再发送别的一个频率扫过约从400兆赫至800兆赫的频率范围。它检测到所有这些频率带来的特性变更,并将它们反馈至涉猎器。

Adib 表示:“这种相应要领,就像我们将廉价的 RFID 转化为成微型射频摄谱仪。”因为容器的外形和其他情况身分会影响旌旗灯号,钻研职员今朝正致力于包管系统能够斟酌到这些变量。他们也在设法主见子拓展系统的容量,去检测许多不合的材猜中的许多不合的污染物。

Adib 表示:“我们想要适应任何情况。这就必要我们变得异常壮实,由于你想要进修提取精确的旌旗灯号,打消情况对付材料内部的影响。”Fadel Adib 表示:“近年来,假如我们拥有自己的对象去具有感知食物德量与安然,那么许多与食物以及饮品相关的危险都能避免。我们想要实现食物德量与安然的夷易近主化,并使得每小我都能拥有它。”

未来,破费者们将拥有他们自己的涉猎器与软件,在购买任何商品之前,都可以进行食物安然感知。钻研职员称,系统也将在超市库房或者智能冰箱中实现,持续地感知 RFID 标签,自动检测食品变质。

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