Đôi khi chỉ cần ngửi là chúng ta biết một hộp sữa đã chua hay miếng thịt không còn tươi. Tuy nhiên, khứu giác của con người không phải lúc nào cũng đủ nhạy để phát hiện sớm những thay đổi rất nhỏ của thực phẩm, đặc biệt là khi các hợp chất gây mùi mới chỉ xuất hiện ở nồng độ thấp hoặc khi liên quan đến các chất gây dị ứng.

Đó là lý do các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Berkeley (Hoa Kỳ) phát triển một thiết bị được ví như "mũi điện tử". Thay vì dựa vào khứu giác tự nhiên, thiết bị sử dụng các cảm biến khí kết hợp với trí tuệ nhân tạo (AI) để nhận diện "dấu vân tay hóa học" mà mỗi loại thực phẩm phát ra.

Thiết bị gồm 16 cảm biến khí siêu nhỏ, mỗi cảm biến được phủ một lớp vật liệu khác nhau. Khi các phân tử khí từ thực phẩm tiếp xúc với bề mặt cảm biến, chúng tạo ra những tín hiệu điện đặc trưng. Mỗi loại thực phẩm hay mỗi trạng thái của thực phẩm sẽ tạo nên một "mẫu tín hiệu" riêng.

Tác giả chính của nghiên cứu, Carla Bassil, ví hệ thống này như một bộ "khứu giác kỹ thuật số", mỗi cảm biến phản ứng theo một cách khác nhau với từng loại phân tử khí, và khi kết hợp dữ liệu từ tất cả các cảm biến, hệ thống có thể phân biệt được nhiều loại mùi mà con người khó nhận ra.

Khác với các đầu dò khí thông thường, chẳng hạn cảm biến khí CO trong gia đình chỉ được thiết kế để phát hiện một loại khí duy nhất, "mũi điện tử" phải nhận diện đồng thời rất nhiều hợp chất khác nhau. Đây cũng là thách thức lớn nhất trong quá trình phát triển thiết bị.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu sử dụng các ống nano carbon làm vật liệu dẫn điện thay cho các oxit kim loại thường dùng trong cảm biến khí. Các ống nano carbon hoạt động hiệu quả ngay ở nhiệt độ phòng nên cho phép kết hợp với nhiều loại vật liệu nhạy khí khác, kể cả những vật liệu dễ bị hư hỏng nếu phải hoạt động ở nhiệt độ cao.

Sau khi chế tạo cảm biến, nhóm nghiên cứu tiếp tục huấn luyện một mô hình học máy để nhận biết các mẫu tín hiệu tương ứng với từng loại thực phẩm.

Trong thử nghiệm, hệ thống được "làm quen" với 7 loại thực phẩm, gồm: dâu tây, việt quất, chuối, óc chó, hạt phỉ, hạt điều và đậu phộng. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng thu thập dữ liệu từ thịt gà sống, sữa và trứng ở trạng thái tươi, sau đó tiếp tục ghi nhận tín hiệu khi các thực phẩm này được để ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ và 48 giờ.

Thông qua quá trình học, AI dần xây dựng được cơ sở dữ liệu về "dấu vân tay khí" của từng loại thực phẩm và có thể xác định chúng dựa trên tín hiệu thu được từ 16 cảm biến.

Theo nhóm nghiên cứu, sự kết hợp giữa cảm biến hóa học và khả năng nhận dạng mẫu của AI giúp hệ thống đạt độ nhạy và tính khách quan vượt xa khứu giác con người.

Một kết quả đáng chú ý là thiết bị có thể phát hiện chỉ khoảng 0,05g hạt óc chó, tương đương khoảng 0,01% khối lượng của một hạt óc chó đã bóc vỏ. Điều này mở ra triển vọng hỗ trợ những người bị dị ứng thực phẩm phát hiện sớm các chất có nguy cơ gây phản ứng nghiêm trọng.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng lưu ý công nghệ vẫn cần được kiểm chứng thêm trong những tình huống phức tạp hơn, chẳng hạn khi chất gây dị ứng tồn tại trong các món ăn có nhiều thành phần như bánh ngọt, salad hoặc khi thực phẩm được bảo quản cùng nhiều loại thực phẩm khác trong tủ lạnh.

Theo Carla Bassil, một trong những ứng dụng tiềm năng nhất của công nghệ là các tủ lạnh thông minh trong tương lai. Thay vì chỉ theo dõi nhiệt độ hay độ ẩm, thiết bị có thể liên tục phân tích khí phát ra từ thực phẩm và cảnh báo người dùng trước khi chúng bắt đầu hư hỏng.

Nghiên cứu cho thấy tiềm năng trở thành một công cụ hỗ trợ mới trong bảo quản thực phẩm, giảm lãng phí và tăng cường an toàn thực phẩm trong các gia đình cũng như chuỗi cung ứng thực phẩm trong tương lai./.

https://vjst.vn/chiec-mui-dien-tu-co-the-phat-hien-thuc-pham-hong-tu-som-87075.html