时令 发自 凹非寺
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AI现在有味觉了！
近日，科学家研发出一种人工味觉系统，不仅感知酸、甜、苦、咸准确率高达90%，甚至能分辨可乐和咖啡。
相关研究已发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS），并作为新闻报道登上了《Nature》官网。
这是一种基于石墨烯的AI传感器——GO-ISMD，能模拟人类的味觉反应，有望帮助神经疾病患者重获“尝味”的能力。
下面让我们探究一下这个“电子舌头”是怎么来的？
基于石墨烯的“舌头”
意大利那不勒斯佩加索大学的神经伦理学家Andrea Lavazza曾提出：
如果我们能让一个人重新体验到味觉，那将是一项巨大的成功。
如今，这一设想正借助石墨烯材料逐步成为现实。
科学家们早已认识到，石墨烯作为化学传感器具有巨大潜力。
这种由碳原子构成的二维六边形晶格不仅具备优异的电导性，还对各种分子极为敏感，为人工味觉系统的实现提供了理想的材料基础。
最新研究显示，科学家利用氧化石墨烯成功研制出一种新型味觉传感器。
氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物，不仅保留了石墨烯的结构特性和优异性能，还同样具有较大的表面积。
其独特之处在于，当接触不同化学物质时，材料的电导率会发生特异性变化。
这些变化可以被检测，然后通过机器学习加以解读，从而识别不同的味道并建立味觉“记忆”。
这类似于舌头上的味觉感受器对不同化学物质产生神经信号，随后大脑处理这些信号，完成味觉感知。
这种受生物启发的神经形态人工味觉系统，采用在生理环境中重构的层状氧化石墨烯（GO）膜构建而成。
该GO纳米流体装置不仅具备味觉传感功能，还能作为忆阻器（一种具有记忆功能的电阻元件）工作，结合神经网络，实现对酸、苦、咸、甜等味道的分类。
为了制造这种GO离子传感器（GO-ISMD），首先通过真空过滤制备GO膜，然后将GO膜转移至带有100纳米厚悬浮氮化硅（SiNx）窗口的硅基底上，该窗口区域设有36个直径约为3微米的穿孔。
随后在盐溶液中使用数据采集卡（NI PCIe-6361）和低噪声电流前置放大器（SR570）监测GO-ISMD的电学特性。
准确率可达90%
为了验证此装置的有效性，研究人员选取了四种代表不同味道的化学物质：酸（醋酸，CH₃COOH ）、苦（硫酸镁，MgSO₄）、咸（氯化钠，NaCl）、甜（醋酸铅，Pb(CH₃COO)₂ ）。
为简化分类过程，他们将四分类问题拆解为四个独立的二分类任务。每个模型用于判断未知味道是否属于该对应类别。
数据集被划分为训练集和测试集，分别包含160个训练样本和40个测试样本。
在识别此前未接触过的化学物质所代表的味道时，分类准确率最高可达约90%。
此外，该系统在识别复杂饮品（如咖啡、可乐及其混合物）方面同样表现出优异性能，分类准确率高达92.3%。
Lavazza表示：
这一研究进展是“非常非常重要的一步”，有望帮助患有神经系统疾病的人恢复味觉。
（文：量子位）