«الأنف الإلكتروني»: شريحة استشعار رقمية تُعيد تعريف مراقبة سلامة الغذاء

حقق فريق من الباحثين بجامعة كاليفورنيا في بيركلي إنجازًا علميًا عبر تطوير شريحة استشعار متقدمة تعمل كأنف إلكتروني، ما يفتح آفاقًا جديدة لتقنيات فحص جودة الأغذية. تستند هذه الوحدة إلى ستة عشر حساسًا للغازات، وتدمجها خوارزمية تعلم آلي متطورة تستطيع استخراج البصمة الكيميائية للروائح وتحديدها بدقة.

آلية عمل الشريحة وتفاصيل التقنية

تحتوي الشريحة على ستة عشر مادة حساسة تختلف كل واحدة في استجابتها لمجموعة فريدة من الجزيئات. عندما تتفاعل هذه المواد مع الغازات المنبعثة من الطعام، تتحول التفاعلات إلى إشارات كهربائية دقيقة تُجمع عبر نموذج التعلم الآلي لتُحلل وتستخرج النمط المرتبط بكل صنف غذائي. وصفت الباحثة المسؤولة كارلا باسيل هذا النظام بأنه يشبه “براعم تذوق رقمية”، حيث يساهم{} كل حساس في بناء بصمة رائحة متميزة.

نتائج الاختبارات وتصنيف الأغذية

أظهرت الدراسة المنشورة في دورية “ساينس أدفانسز” أن النظام قادر على تصنيف ستة عشر حالة غذائية مختلفة بدقة إجمالية بلغت 92.6٪. لم يُصمم الجهاز لتحديد كل مركب على حدة، بل يعتمد على تفاعل مجموعة المستشعرات المتنوعة لتوليد نمط موحد. تم تدريب النموذج على التعرف على الفواكه مثل الفراولة، التوت الأزرق، الموز، وكذلك على المكسرات مثل الجوز، البندق، الكاجو، والفول السوداني.

كشف الفساد ومسببات الحساسية

اختبرت الفِرق قدرة الشريحة على تمييز أطعمة طازجة مثل الدجاج النيء، الحليب والبيض عن عينات تُترك في درجة حرارة الغرفة لمدة 24 أو 48 ساعة. كما أجريت تجارب لتحديد وجود مكسرات قد تُشكل خطرًا على حسّاسين، حيث تمكن الجهاز من رصد 0.05 غرام من الجوز المعزول – ما يعادل جزءًا من مائة حبة جوز متوسطة الحجم. تجدر الإشارة إلى أن الاختبارات أُجريت على عينات منفصلة، ولم تُجرَ بعد داخل وجبات مركبة أو بيئات تخزين متعددة.

تقنية الأنابيب الكربونية النانوية وتعزيز الإنتاجية

لم تكن فكرة الأنف الإلكتروني جديدة، لكن التحدي كان في دمج مستشعرات متنوعة على شريحة واحدة. تغلب الباحثون على ذلك باستخدام ترانزستورات مبنية على أنابيب كربونية نانوية، التي تشكّل طبقات رقيقة لا يتجاوز سمكها بضعة نانومترات وتوفر مساحة سطحية هائلة، ما يرفع حساسية الجهاز. بالإضافة إلى عمله في درجة حرارة الغرفة، فإن هذه الخاصية سمحت باستعمال بوليمرات حساسة قد تتدهور عند درجات حرارة مرتفعة. اعتمد الفريق طريقة ترسيب مبسطة تسمح بوضع جميع المواد فوق الشريحة في خطوة تصنيع واحدة، ما يبشر بإمكانية إنتاج تجاري أوسع في المستقبل.

آفاق التطبيق المستقبلي

أشارت باسيل إلى أن الثلاجات الذكية قد تكون أول تطبيق عملي للأنف الإلكتروني، حيث يمكن للمستشعرات مراقبة الروائح وإرسال تنبيهات للمستخدمين حال اقتراب الطعام من الفساد. كما تم تطوير نسخة محمولة تُشغَّل عبر تطبيق مخصص لهواتف “آيفون”، إلا أن هذه النسخة لم تُدرج ضمن النتائج الرسمية للدراسة. يظل الأمر يتطلب تجارب إضافية في بيئات واقعية تشمل تداخل روائح متعددة، إلى جانب تحسين حساسية الجهاز وموثوقيته قبل اعتماده للاستخدام المنزلي أو الصناعي.

يقدم هذا البحث نموذجًا علميًا يجمع بين مستشعرات دقيقة وخوارزميات تعلم آلي لتحديد الروائح بصورة قابلة للقياس، لكنه لا يعني أن التقنية جاهزة للتسويق الفوري أو كبديل للمعايير الرسمية لفحص سلامة الأغذية.