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科学家创新：AI 驱动的「电子舌头」问世

发布于：2025-01-15 作者：xcadmin 阅读：1 当前页面链接：https://lawala.cn/post/9677.html

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想象一下，如果有一种“人工舌头”，它能够像人类一样品尝食物，甚至比我们的舌头更灵敏，这不是科幻小说的情节，而是宾夕法尼亚州立大学工程师Saptarshi Das和他的团队正在研发的现实技术，他们的目标是创造一个能够检测食品安全性和新鲜度的系统，同时揭示AI如何进行决策的过程。

这项技术的核心是一种名为离子敏感场效应晶体管的装置，它可以检测液体中的化学离子，并将这些信息转化为计算机可以解释的电信号，研究人员在《自然》杂志上发表的报告中详细介绍了这一创新成果。

从人工舌头到味觉皮层

Das解释道：“我们正在研发一种人工舌头，但体验不同食物的过程不仅依赖于舌头本身，我们有舌头，舌头由与食物成分相互作用的味觉受体组成，并将信息传递给味觉皮层——大脑中的一个生物神经网络。”在这个新系统中，传感器充当舌头的角色，而AI则扮演味觉皮层的功能，负责感知味觉的大脑区域，研究团队将传感器与一个人工神经网络相连接，利用这个模仿人脑信息处理方式的机器学习程序，处理和解释传感器收集的数据。

训练与优化

最初，Das和他的同事为神经网络提供了一些分析某种液体酸度的参数，通过这些参数，神经网络的酸度判定准确率达到了91%，当他们允许神经网络自行设定酸度分析参数时，准确率提高到了95%以上，随后，他们用实际饮料对这一“舌头”进行了测试，结果表明，该系统可以区分类似的软饮料或咖啡混合物，判断牛奶是否被稀释，识别果汁是否变质，并检测水中的全氟和多氟烷基物质（PFAS）。

理解AI的决策过程

通过一种名为Shapley加法解释的分析方法，研究人员能够确定神经网络在得出结论时认为最重要的参数，这种方法有助于科学家理解神经网络如何做出决策，这是AI研究中的一个尚未解决的问题，Das表示：“我们发现神经网络能够在数据中识别出一些我们人类难以明确定义的微妙特征，由于神经网络能够整体考虑传感器的特性，它能够减轻日常可能出现的变化。”

应对变化的能力

这种应对变化的能力有助于提高传感器在其他应用中的可靠性，通过其决策过程，神经网络能够处理目前导致离子敏感场效应晶体管在某些情况下不稳定的变化，Das说：“即使面对不完美的情况，我们依然能够接受并作出决策，这就是自然界的本质——充满了不完美，但仍然能够做出稳健的决策，就像我们的电子舌头一样。”

问答环节

Q: 什么是“电子舌头”？

A: “电子舌头”是一种由人工智能驱动的技术，使用离子敏感场效应晶体管来检测化学离子的装置，它可以收集液体中的离子信息，并将其转化为计算机可以解释的电信号。

Q: “电子舌头”的主要功能是什么？

A: “电子舌头”的主要功能是检测食品的安全性和新鲜度，以及揭示AI如何进行决策的过程。

Q: 研究人员是如何提高“电子舌头”的准确性的？

A: 研究人员首先为神经网络提供了一些分析某种液体酸度的参数，使酸度判定准确率达到了91%，他们允许神经网络自行设定酸度分析参数，使准确率提高到了95%以上。

Q: “电子舌头”有哪些实际应用？

A: “电子舌头”可以用于区分类似的软饮料或咖啡混合物，判断牛奶是否被稀释，识别果汁是否变质，并检测水中的全氟和多氟烷基物质（PFAS）。

通过这项技术，我们不仅能够更好地理解AI的决策过程，还能在食品安全领域取得重大突破，未来，或许每个家庭都会有一个这样的“电子舌头”，为我们的饮食安全保驾护航。

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