电子舌头如何感应：第 2 部分

快速阅读: 《EE World 在线》消息，宾夕法尼亚州立大学研发基于石墨烯的电子舌，能快速检测食品欺诈、变质和污染，AI优化使其准确率达95%以上。另一团队开发摩擦电仿生电子舌，提升味道识别精度，广泛应用于液体检测。

食品安全的未来：介绍电子舌

为了在几分钟内检测食品欺诈、变质和污染，宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了他们版本的电子舌。这种传感器由石墨烯制成，是一种离子敏感场效应晶体管（ISFET），仅有一个原子厚度且导电性能极佳。传感器的数据通过人工智能处理以识别模式，并在检测相似液体之间的微小差异方面表现出色。

未经过特殊修饰的传感器（一个传感器可以检测不同类型的化学物质，而非需要为每种潜在化学物质专门配备一个传感器）能够检测各种物质。起初，神经网络采用20个特定参数来训练样本液体与传感器电学性质的相互作用。然而，当系统被允许从原始传感器数据中自行发展参数时，得到了一些令人惊讶的结果。使用人工选择的指标时，系统的准确率为80%，而当人工智能自行定义分析参数时，准确率提高至95%以上。

图1：基于石墨烯的ISFET传感器连接到人工神经网络（右上角），并针对多种数据集进行训练。（图片：Das实验室）

从传感器的角度来看，系统不需要完全一致的传感器就能正常工作。人工智能可以调整传感器之间的细微差异，类似于人类大脑对味蕾的细微差异作出调整。这意味着电子舌在大规模生产时可能会更便宜，因为制造商无需担心每个传感器都完全相同。

另一个研究团队报告了他们改进传统电子舌能力的努力，这些传统的电子舌体积庞大，需要更大的样本量和额外的电源。这限制了它们在体内医学诊断及化学分析中的应用。

研究人员开发了一种多通道摩擦电仿生电子舌（TBIET）设备。集成在单个玻璃片芯片上，该设备通过利用多种感官信号提升了味道识别的准确性。

摩擦起电是一种过程，在此过程中，两个原本不带电的物体接触并分离后会带上电荷。但它发生在所有高度绝缘的材料中，由于聚合物具有摩擦起电的能力，如果它们足够绝缘，就可以长时间储存电荷。这解决了传感器的供电问题。

图2：在单个玻璃片芯片上开发了一种集成的多通道摩擦电仿生电子舌（TBIET）设备。（图片：《自然》）

TBIET的检测能力经验证后，使用各种测试样品，包括代表性的人体、环境和饮料样品，其分类准确性大幅提升。例如，在化学溶液中，它显示出100%的识别准确率。在环境样品中达到98.3%的准确率，而在四种典型茶中则达到了97.0%的准确率。此外，五种不同浓度NaCl溶液的分类准确率达到96.9%。因此，TBIET展示了高灵敏度检测和分析液滴电学特性的能力。

未来的味道

味道对于人类享受高质量产品以及拒绝有害液体和食物至关重要。同样，电子舌可以为食品和细菌提供区分与应对，而无需人类亲身接触。

参考文献
食品安全的未来：介绍电子舌
石墨烯化学传感器和机器学习的强大化学分析
摩擦起电——概述 | ScienceDirect话题
仿生集成摩擦电电子舌

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