超市的肉新鲜吗？AI 电子鼻帮你“嗅”出来

为了更准确的知道什么时候我们所吃食物不再安全，避免食物浪费。NTU科学家研发出可检测肉类新气味的“电子鼻”，依靠颜色变化的条形码及条形码“阅读器”来跟踪不同肉类的新鲜度。

十月份发表在科学杂志《先进材料》上的一篇论文对“电子鼻”进行了描述，它可以通过帮助消费者确认肉是否适合食用，从而更有效的减少食物浪费，比包装上“最好在某日期前食用”的标签更能准确判定食物的保鲜度。

经过系统设置，“电子鼻”可以从条形码颜色库中识别并预测肉质的新鲜度。

条形码“阅读器”分析肉类新鲜度，来源: NTU官网

研究小组在对未经过加工的鸡、鱼和牛肉样品进行测试时发现，“电子鼻”采用的深层卷积神经网络AI算法预测肉类新鲜度的准确率达到98.5％。作为比较，他们又评估了另外一种常用算法的预测准确性，结果显示准确率为61.7％。

科研团队，来源：NTU官网

“电子鼻”的工作原理

工作原理，来源：Advanced Material

“电子鼻”的工作原理实际上是在模仿哺乳动物的鼻子，肉类散发的气体跟动物感受器结合，产生信号传递到大脑，大脑收集这些反应，从而能够分辨腐烂肉的气味。

“电子鼻”的结构包含两部分：彩色的“条形码”与条形码“阅读器”。

彩色的“条形码”是一组由壳聚糖和纤维素衍生物组成的20条棒状物质，这些棒状物质装有不同的染料。当染料与腐烂的肉类释放的气体发生反应，颜色会发生改变并形成独特的图案，这些图案代表肉质的不同状态。

彩色条形码，来源: NTU官网

条形码“阅读器”是基于深层卷积神经网络AI算法开发的，它可以根据目录识别条形码的不同颜色图案，从而判定肉质的新鲜程度。为了使“电子鼻”便于携带，科学家将其集成到手机应用中，它可以在30秒内产生结果。

高精度“电子鼻”得以验证

科研团队，来源：NTU官网

为了衡量“电子鼻”的预测准确性，NTU科学家将商业包装的鸡、鱼及牛肉存储在25°C以下，使用条形码来检测肉质的新鲜度，在不打开包装的情况下，48小时内，以不同的时间间隔拍摄了来自六个肉类包装的4,000多个条形码的图像。

研究小组首先训练他们的系统在3475个条形码图像中提取肉类气味的模式，然后在剩下的图像上测试系统的准确性。

结果表明，电子鼻能100%准确的检测出变质的肉类，而检测新鲜或不那么新鲜的肉类的准确率能达到96-99%。总体来说，它的准确率为98.5%。

研究报告的合著者Chen Xiaodong教授说，“电子鼻”可以很容易地放置在包装材料中，并且在短时间内产生结果，替代以往笨重的电线收集电信号。同时，这些条形码可以帮助消费者省钱，避免误丢仍可以食用的产品，这也有助于保护环境。

这种实时监测食品新鲜度的方法已经申请了专利，NTU研究团队目前正与新加坡一家农业综合企业公司合作，将这一概念推广到其他类型的易腐食品。

参考文献：

1. "International research team led by NTU Singapore develops AI-powered ‘electronic nose’ to sniff out meat freshness" NTU Media Release;

2. "Portable Food-Freshness Prediction Platform Based on Colorimetric Barcode Combinatorics and Deep Convolutional Neural Networks" Advanced Materials