استعراض

في الآونة الأخيرة، وضعت في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الباحثين ميديا لاب نظام لاسلكي يستخدم علامات RFID منخفضة التكلفة وتستخدم على نطاق واسع على مئات الملايين من المنتجات للكشف عن تلوث الأغذية، ودون أي تعديلات الأجهزة. وهم يأملون من خلال هذه بسيطة، وأنظمة قابلة للتطوير، لشعبية اختبار سلامة الأغذية.

خلفية

قضايا سلامة الأغذية، والغذاء هو مشكلة صحية عامة من المواد السامة والخطرة ولها تأثير على صحة الإنسان. على مدى العقدين الماضيين، الحوادث المتعلقة بسلامة الغذاء كل عام تقريبا وفقا للمرض والموت. ولذلك، قضايا سلامة الأغذية غالبا ما تصبح العناوين الرئيسية في العالم.

على سبيل المثال، في عام 2008، ويرجع ذلك إلى استهلاك الميلامين مختلطة مع حليب الأطفال، الصين لديها أكثر من 50،000 الرضع الذين يتلقون العلاج. الميلامين هو عنصر لانتاج البلاستيك العضوي، هو السامة بتركيزات عالية. في ابريل من هذا العام، اندونيسيا لديها لديها أكثر من مائة شخص لقوا حتفهم من شرب الخمر إلى حد ما الملوثة مع الميثانول. والميثانول، والمخفف بالماء ورائحة الكحول متشابهة، والثمن هو أقل بكثير من استهلاك الكحول بيعها في السوق السوداء العالمي. بالمعنى الدقيق للكلمة، والمنتج الميثانول هو محض ضد السم.

ومع ذلك، والتقنيات المبتكرة التي يمكن أن تساعدنا على كشف ما إذا تلف المواد الغذائية أو تلوث يحدث. لقد أدخلت قضية البحث العلمي في النقطة، على سبيل المثال:

1) طور باحثون كنديون في جامعة ماكماستر اختبار التصحيح الشفاف المطبوع عليها جزيئات غير ضارة يمكن أن تشير عند تلوث الأغذية. التصحيح قد تكون متكاملة مباشرة في الغذاء صفقة، وعلى سبيل المثال، والكشف عن مسببات الأمراض الضارة: القولونية والسالمونيلا.

(المصدر: جامعة ماكماستر)

2) جامعة كلاركسون، طور علماء الولايات المتحدة منخفضة التكلفة، وأجهزة الاستشعار الورقية المحمولة لا يمكن إلا أن اكتشاف ما إذا تلف المواد الغذائية أو التلوث، ويمكن اكتشاف ما إذا كان مستحضرات التجميل الجديدة تحتوي على مواد ضارة، ويمكن أيضا التعرف على الغابات الجبلية النائية يمكن التعرف على النباتات الطبية، والشاي حتى والنبيذ.

(المصدر: سيلفانا Andreescu)

3) قد وضعت جامعة كاليفورنيا، بيركلي، فضلا عن الباحثين في جامعة تايوان جياوتونغ جهاز استشعار منخفضة الطاقة التي يمكن الكشف عن اسلكيا نضارة من الحليب.

(المصدر: جامعة كاليفورنيا، بيركلي)

ابتكار

اليوم، دعونا نلقي نظرة على تقنية مبتكرة تطبق على سلامة الأغذية. في الآونة الأخيرة، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) مختبر الوسائط (ميديا لاب) طور باحثون نظام لاسلكي أن علامات RFID التكلفة المنخفضة للاستخدامات تستخدم على نطاق واسع على مئات الملايين من المنتجات للكشف عن تلوث الأغذية، ودون أي التعديلات الأجهزة. ويأمل الباحثون أنه من خلال هذا بسيط، أنظمة قابلة للتطوير، لشعبية اختبار سلامة الأغذية.

(المصدر: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا)

وتصف هذه الورقة أصبح النظام موضوعا ساخنا في الشبكة من جمعية الحاسبات الندوات الدولية. وتشمل مؤلفي: وسائل الإعلام مختبر أستاذ مساعد فاضل أديب، أول مؤلف ما بعد الدكتوراه Unsoo ها، ما بعد الدكتوراه يونفى ما، وزيارة زميل أبحاث Zexuan تشونغ، قسم الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسب طالب دراسات عليا تزو مينغ هسو.

تكنولوجيا

طور الباحثون نظام يسمى "RFIQ"، يحتوي على القارئ. عندما تنبعث علامة RFID ليتفاعل إشارات الراديو مع الغذاء، والاستشعار تغيير إشارة في الدقيقة الواحدة. في هذه الدراسة، التي ركزت على حليب الرضع والنبيذ.

هذه التقنية تعتمد على: إشارة المنبعثة من علامة RFID سوف تنتج منتج معين على أساس تباين مستوى بعض الملوثات. نماذج التعلم الآلي "يتعلم" هذه الارتباطات، إذا كان هناك مادة جديدة، فإنه يمكن التنبؤ المادة نقية أو ملوثة، ومدى التلوث. في التجربة، والنظام بالكشف عن حليب الأطفال التي تحتوي على الميلامين من دقة 96، ودقة الكشف عن الكحول المخفف مع 97 الميثانول.

للكشف عن المواد الكيميائية في الطعام أو الفساد، فقد وضعت عددا من أجهزة استشعار أخرى، ولكن هذه هي النظام درجة عالية من التخصص، وهي مغلفة الاستشعار مع مادة كيميائية، ويتم تدريب للكشف عن الملوثات محددة. ميديا لاب يهدف باحثون هو التركيز على مفهوم أوسع. وقال فاضل أديب: "نحن سيتم نقلها بالكامل إلى الجانب الحوسبة من هذا الاختبار، سوف تكون مكلفة جدا استشعار يمكن استخدامها للكشف عن مجموعة متنوعة من المنتجات، مثل النبيذ وحليب الأطفال."

تتفاعل به هي ملصقا يحتوي على هوائي UHF مصغرة. أنها نشرت على المواد الغذائية وغيرها من المواد، وتكاليف كل علامة حوالي 3-5 سنتا. قل تقليديا، فإنه يسمى "القارئ" من جهاز لاسلكي للاستشعار عن التسمية، تسمية والقدرة على إرسال إشارة فريدة من نوعها تحتوي على معلومات لصق منتجاتها.

عندما المحرك علامة RFID، وتنبعث منها موجات صغيرة ينتقل إلى حاوية الغذاء، والغذاء، وأيونات الجزيئية وبالتالي إنتاج التشويه. ويشار إلى هذه العملية أيضا باسم "اقتران ضعيف". في الأساس، إذا كان خصائص تغيير جوهري، وخصائص إشارة قد تغير.

تم تجهيز وهناك مثال بسيط من الخصائص تشويه حول ذلك مع حاويات الهواء أو الماء. إذا الحاوية فارغة، وسوف تستجيب دائما RFID 950 ميغاهيرتز الموجات الكهرومغناطيسية. إذا حاوية مملوءة بالماء، فإن الماء تمتص بعض من الترددات، وهذا هو الرد الرئيسي حوالي 720 ميغاهيرتز. لتشويه التلوث كشف مميزة من مواد مختلفة وأنه أكثر تفصيلا. وقال ها: "يمكن استخدام هذه المعلومات لمواد تصنيف يحمل خصائص مختلفة بين مادة المنشطات نقية".

الباحثون في النظام، والقارئ هو متحمس إشارات الراديو السلطة على علامة RFID في حاوية الغذاء. اتساع مادة موجة حاجز الكهرومغناطيسية داخل الحاوية، والعوائد تشويه للقارئ (إشارة كثافة) ومرحلة (زاوية).

عندما يستخرج القارئ ميزة إشارة، فإنه ينقل البيانات إلى نموذج التعلم الجهاز على كمبيوتر منفصل. في التدريب، وقال الباحثون ان هذا النموذج، نقية أو مخدر المواد يكون ما تغير الخصائص المناسبة. لهذه الدراسة، كانوا الكحول النقي والتي تحتوي على 25، 50، 75، 100 الميثانول النبيذ، بل استخدام حليب الأطفال ارتفعت لديهم مستويات مختلفة من الميلامين، 0-30.

وقال أديب: "حسنا، فإن نموذج تعلم تلقائيا التي تردد الأكثر تضررا من هذه النسبة مستوى التلوث وعندما نصل إلى عينة جديدة، على سبيل المثال، 20 من الميثانول، واستخراج نموذج [ميزات] وتزن لهم. واقول لكم، "أعتقد أن هذا هو احتمال كبير جدا من الميثانول بنسبة 20".

ويستمد تصميم النظام من تقنية تسمى "التردد الراديوي الطيفي"، والتي المحفزات الكهرومغناطيسية إلى النطاق العريض، وقياس أشكال مختلفة من التفاعل، وذلك لتحديد تكوين هذه المادة.

ومع ذلك، هذه النظم التكنولوجية لوجود تحديا كبيرا: العلامات RFID يمكن إلا أن يكون مدعوم في غضون عرض النطاق الترددي الضيق جدا من حوالي 950 ميغاهيرتز. في هذا النطاق الترددي إشارة المستخرجة تقتصر على أي معلومات مفيدة لا يمكن جمعها.

طور باحثون في وقت مبكر تقنية تسمى "إثارة الفرقة المزدوجة" التكنولوجيا الجديدة والمبنية في أعلاه. "الإثارة مزدوجة" تقنية لقياس وتيرة انتقال مئات ترددين، وتيرة واحدة لتفعيل، لاستشعار تردد. القارئ يرسل إشارة من حوالي 950 ميغاهيرتز إلى وضعه كهربائيا على علامة RFID. عندما تنشيط العلامة، القارئ قبل أن يرسل الاحتلالات تردد إضافية لنطاق الترددات من 400 ميغاهرتز إلى حوالي 800 ميغاهيرتز. كل هذه الميزات التي بالكشف عن التغيرات الناجمة الترددات، وتطعمها للقارئ.

وقال أديب: "هذا ردا على ذلك، ونحن سوف تتحول إلى التكلفة المنخفضة للRFID في الطيف الراديو مصغرة".

ويرجع ذلك إلى شكل الحاويات وغيرها من العوامل البيئية يمكن أن تؤثر على إشارة، ويعكف الباحثون حاليا للتأكد من أن النظام يمكن أن تأخذ بعين الاعتبار هذه المتغيرات. كانوا يعتقدون أيضا من الطرق لتوسيع قدرة نظام للكشف عن العديد من الملوثات المختلفة في العديد من المواد المختلفة.

وقال أديب: "نريد أن تتكيف مع أي وضع يتطلب منا أن يكون قويا جدا، لأنك تريد أن تتعلم لاستخراج إشارة الصحيحة، والقضاء على الأثر البيئي للمواد الداخلية .."

قيمة

وقال فاضل أديب: "في السنوات الأخيرة، إذا كان لدينا الأدوات الخاصة بنا قد ينظر اليه جودة الأغذية وسلامتها، والكثير من المخاطر المرتبطة بالأغذية والمشروبات يمكن تجنب ما نريد تحقيق الديمقراطية في جودة الأغذية وسلامتها، ويجعل لكل منهما. يمكن للأفراد أن يكون عليه ".

المستقبل، سوف المستهلكين لديهم القارئ الخاصة بهم والبرمجيات، قبل شراء أي من المنتجات، وسلامة الغذاء يمكن أن ينظر إليها. وقال الباحثون سيتم تنفيذ هذا النظام في مستودع سوبر ماركت أو الثلاجة الذكية، على علم باستمرار وتتفاعل به، والكشف التلقائي للتلف المواد الغذائية.

الكلمة

سلامة الغذاء، RFID، والتعلم الآلي، وأجهزة الاستشعار

المواد المرجعية

[1]