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AI現(xiàn)在有味覺了！

近日，科學(xué)家研發(fā)出一種人工味覺系統(tǒng)，不僅感知酸、甜、苦、咸準(zhǔn)確率高達90%，甚至能分辨可樂和咖啡。

相關(guān)研究已發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS），并作為新聞報道登上了《Nature》官網(wǎng)。

這是一種基于石墨烯的AI傳感器——GO-ISMD，能模擬人類的味覺反應(yīng)，有望幫助神經(jīng)疾病患者重獲“嘗味”的能力。

下面讓我們探究一下這個“電子舌頭”是怎么來的？

基于石墨烯的“舌頭”

意大利那不勒斯佩加索大學(xué)的神經(jīng)倫理學(xué)家Andrea Lavazza曾提出：

如果我們能讓一個人重新體驗到味覺，那將是一項巨大的成功。

如今，這一設(shè)想正借助石墨烯材料逐步成為現(xiàn)實。

科學(xué)家們早已認(rèn)識到，石墨烯作為化學(xué)傳感器具有巨大潛力。

這種由碳原子構(gòu)成的二維六邊形晶格不僅具備優(yōu)異的電導(dǎo)性，還對各種分子極為敏感，為人工味覺系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了理想的材料基礎(chǔ)。

最新研究顯示，科學(xué)家利用氧化石墨烯成功研制出一種新型味覺傳感器。

氧化石墨烯作為石墨烯的衍生物，不僅保留了石墨烯的結(jié)構(gòu)特性和優(yōu)異性能，還同樣具有較大的表面積。

其獨特之處在于，當(dāng)接觸不同化學(xué)物質(zhì)時，材料的電導(dǎo)率會發(fā)生特異性變化。

這些變化可以被檢測，然后通過機器學(xué)習(xí)加以解讀，從而識別不同的味道并建立味覺“記憶”。

這類似于舌頭上的味覺感受器對不同化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生神經(jīng)信號，隨后大腦處理這些信號，完成味覺感知。

這種受生物啟發(fā)的神經(jīng)形態(tài)人工味覺系統(tǒng)，采用在生理環(huán)境中重構(gòu)的層狀氧化石墨烯（GO）膜構(gòu)建而成。

該GO納米流體裝置不僅具備味覺傳感功能，還能作為憶阻器（一種具有記憶功能的電阻元件）工作，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對酸、苦、咸、甜等味道的分類。

為了制造這種GO離子傳感器（GO-ISMD），首先通過真空過濾制備GO膜，然后將GO膜轉(zhuǎn)移至帶有100納米厚懸浮氮化硅（SiNx）窗口的硅基底上，該窗口區(qū)域設(shè)有36個直徑約為3微米的穿孔。

隨后在鹽溶液中使用數(shù)據(jù)采集卡（NI PCIe-6361）和低噪聲電流前置放大器（SR570）監(jiān)測GO-ISMD的電學(xué)特性。

準(zhǔn)確率可達90%

為了驗證此裝置的有效性，研究人員選取了四種代表不同味道的化學(xué)物質(zhì)：酸（醋酸，CH?COOH ）、苦（硫酸鎂，MgSO?）、咸（氯化鈉，NaCl）、甜（醋酸鉛，Pb(CH?COO)? ）。

為簡化分類過程，他們將四分類問題拆解為四個獨立的二分類任務(wù)。每個模型用于判斷未知味道是否屬于該對應(yīng)類別。

數(shù)據(jù)集被劃分為訓(xùn)練集和測試集，分別包含160個訓(xùn)練樣本和40個測試樣本。

在識別此前未接觸過的化學(xué)物質(zhì)所代表的味道時，分類準(zhǔn)確率最高可達約90%。

此外，該系統(tǒng)在識別復(fù)雜飲品（如咖啡、可樂及其混合物）方面同樣表現(xiàn)出優(yōu)異性能，分類準(zhǔn)確率高達92.3%。

Lavazza表示：

這一研究進展是“非常非常重要的一步”，有望幫助患有神經(jīng)系統(tǒng)疾病的人恢復(fù)味覺。

參考鏈接：https://www.nature.com/articles/d41586-025-02158-w