Искусственный язык на основе графена приблизился к человеческому вкусу

Исследователи сообщают в Proceedings of the National Academy of Sciences о новом датчике на основе графена, который с помощью машинного обучения смог развить почти человеческое чувство вкуса. Это первое подобное устройство, работающее во влажной среде, что лучше приближено к условиям в человеческом рту.

Датчик, описанный в статье, был изготовлен из нескольких слоев оксида графена — материала, известного настраиваемыми электрическими свойствами и высокой химической реакционной способностью. Он был заключен в нанофлюидное устройство.

Чистый графен (впервые выделенный Андреем Геймом и Константином Новосёловым, получившими за это Нобелевскую премию по физике в 2010 году) — это материал из одного слоя атомов углерода, связанных в решетчатую структуру, что наделяет его рядом механических, электрических и химических свойств.

Как и графен, оксид графена меняет свою электропроводность при воздействии различных химических веществ. Исследователи использовали это свойство для измерения электрических вариаций в датчике при его контакте с 160 химическими веществами, каждое из которых связано с уникальным вкусовым профилем. На основе этих данных алгоритм машинного обучения смог создать «память» о вкусах.

Этот процесс обучения аналогичен тому, как человеческий мозг интерпретирует сигналы от вкусовых рецепторов, реагирующих на химические вещества в пище. Долгое время считалось, что люди могут различать пять основных вкусов: сладкий, соленый, горький, кислый и умами. В 2023 году исследователи выделили шестой вкус — хлорида аммония.

В ходе тестирования алгоритм новой искусственной вкусовой системы, обученный классифицировать четыре основных вкуса (сладкий, соленый, горький, кислый), мог легко идентифицировать уже знакомые вкусы с точностью около 98,5%.

Он также смог классифицировать вкусы 40 образцов, с которыми ранее не сталкивался, с точностью от 75% до 90%. Исследователи также обучили алгоритм распознавать более сложные вкусы кофе и колы.

Преодолевая одно из ограничений предыдущих искусственных вкусовых систем (технический термин — искусственные языки), новая конструкция объединила функции восприятия вкуса (сенсорную и вычислительную) в едином нанофлюидном устройстве.

По мнению авторов, эта система потенциально может однажды восстановить вкусовое восприятие у людей, утративших эту способность из-за инсульта, вирусной инфекции или ряда нейродегенеративных заболеваний. Однако перед этим предстоит преодолеть ряд технических препятствий.

Полная система, созданная как эксперимент для проверки концепции, относительно громоздка и требует значительных затрат энергии. Исследователи отмечают, что для практического применения необходимы дальнейшая миниатюризация и интеграция.