想像一下，如果有一種裝置可以像人類的舌頭一樣品嚐食物，甚至能分辨出牛奶中是否摻水、果汁是否新鮮，甚至還能區分不同品牌的咖啡，那會是多麼神奇的事情！隨著人工智慧（AI）和感測技術的飛速發展，我們越來越接近能夠以機器來精準偵測並分析日常生活中的物質。近期，美國賓夕法尼亞州立大學（Penn State）的研究團隊開發出了一個革命性的「電子舌頭」，它利用石墨烯感測器和 AI 技術，可以像人類的舌頭一樣「品嚐」液體，並精準辨別其成分和品質。
石墨烯電子舌頭：超越人類味覺的極限
這個「電子舌頭」的核心技術來自於石墨烯基離子感應場效電晶體（ISFET），這是一種能夠偵測化學離子的導電裝置。它可以像人類的味覺感受器一樣檢測液體中的化學離子。與人類舌頭不同的是，這個電子舌頭的感測器並非專門針對特定化學物質設計，而是可以廣泛地檢測不同類型的化學物質。更重要的是，它與人工神經網路相連，透過機器學習來分析感測器收集到的數據。
該裝置與一個經過多種數據集訓練的人工神經網路（Artificial Neural Network）相連。研究人員首先為該神經網路提供了20個特定參數，這些參數與液體樣本如何影響感測器的電性有關。依據這些人為設定的參數，AI可以快速準確地檢測樣本內容，例如淡化的牛奶、不同類型的汽水、咖啡混合物和不同新鮮度的果汁，其準確率高達80%以上，而且只需約1分鐘的時間。
在達成基本的準確率後，研究團隊決定讓神經網路自行選擇分析的參數，並提供其原始感測數據。結果顯示，AI基於自行設定的參數分析，準確率達到理想的95%以上。這一結果證明，AI在沒有人工干預的情況下，能夠更準確地解讀電子舌頭的感測數據，這是過去難以實現的。
AI 模擬大腦的味覺系統
研究人員將 AI 的評估過程比喻為兩個人喝牛奶。他們都能辨識出這是牛奶，但一個人可能認為這是脫脂牛奶並且已經變質，而另一個人可能認為這是 2% 的牛奶而且仍然新鮮。即使是做出評估的人，也很難清楚地解釋其中的細微差別。AI 就像經驗豐富的品酒師，它可以從數據中捕捉到人類難以察覺的細微特徵，並做出更精準的判斷。這是因為 AI 能夠更全面地考慮感測器的特性，進而減輕日常可能發生的變化所帶來的影響。
電子舌頭的應用前景：食品安全與醫療診斷
除了可以準確檢測牛奶的水分變化、果汁的新鮮度外，研究團隊也強調，電子舌頭的應用範圍遠不止於食品行業。該技術同樣可以應用於醫療診斷，尤其是在需要精確檢測不同液體樣本的情況下。團隊指出，AI的分析精準度取決於其訓練數據集，因此，只要數據集足夠豐富，這項技術在未來將有可能推廣至更多領域。
電子舌頭的優勢和劣勢
- 高精準度：可以準確檢測液體的成分和品質。
- 快速分析：只需約1分鐘即可完成分析。
- 應用範圍廣泛：可應用於食品安全、醫療診斷等多個領域。
- 成本低廉：感測器本身的製造成本相對較低。
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