Ученые Сколтеха создали устройства, которые помогут определить готовность блюд и свежесть продуктов
Исследователи Сколтеха придумали, как с помощью химических сенсоров и компьютерного зрения определить, правильно ли приготовлена, например, курица-гриль. Этим методом смогут воспользоваться повара ресторанов для контроля и автоматизации процессов приготовления пищи. Не исключено, что когда-нибудь такие функции появятся и в домашних «умных» духовках. Еще одним возможным применением нового датчика может стать распознавание испорченного мяса на этапе, когда человеческое обоняние еще не способно уловить изменения в его запахе.
Статья с подробным описанием результатов исследования опубликована в научном журнале Food Chemistry. Как узнать, готова ли курица-гриль для подачи на стол? Самый простой и привычный способ определить кулинарную готовность – осмотреть блюдо и понюхать.
Но если вы — шеф-повар в ресторане или на производстве, то не сможете обеспечить стабильность результата и его соответствие потребительским требованиям, полагаясь только на свое зрение и обоняние. Именно поэтому предприятия ресторанно-гостиничного бизнеса сегодня ведут активный поиск экономичных, надежных и высокочувствительных инструментов, в которых на смену субъективной оценке придет автоматизированный контроль качества пищевых продуктов.
Профессор Сколтеха и Университета Аалто Альберт Насибулин, старший научный сотрудник Сколтеха Федор Федоров и их коллеги взялись за решение этой задачи и создали «электронный нос», представляющий собой набор сенсоров, с помощью которых можно регистрировать «профиль» запаха, чтобы «нюхать» курицу в процессе жарки, а также применили алгоритмы компьютерного зрения, чтобы на курицу «смотреть».
«Электронный нос» проще и дешевле в эксплуатации, чем, например, дорогостоящий газовый хроматограф или масс-спектрометр. В предшествующих работах другие исследователи уже показали, что «электронный нос» умеет различать сыры по сортам и отбраковывать гнилые яблоки или бананы, а компьютерное зрение позволяет распознавать визуальные структуры, например, растрескавшееся печенье.
В Лаборатории наноматериалов Сколтеха, которую возглавляет профессор Насибулин, разрабатывают новые материалы для химических сенсоров, которые могут найти применение, в частности, в HoReCa-сегменте (отели, рестораны, кафе) для контроля качества фильтрации воздуха в системах вентиляции. Один из авторов статьи, студент магистратуры Сколтеха Айнул Якин проходил летнюю производственную практику в Новосибирске, где занимался проверкой эффективности работы промышленных фильтров от крупного российского производителя, используя лабораторные датчики. Результаты этого проекта и стали основой для эксперимента по составлению «карты» запахов курицы-гриль.
«При определении кулинарной готовности полагаться только на «электронный нос» недостаточно, необходимо в дополнение к нему использовать компьютерное зрение. Оба эти инструмента в совокупности образуют так называемую «группу электронных экспертов». В нашей работе участвовали специалисты CDISE, имеющие обширный опыт в области компьютерного зрения. Вместе мы проверили и подтвердили гипотезу о том, что совместное использование компьютерного зрения и «электронного носа» позволяет более четко контролировать процесс приготовления пищи», − отмечает Альберт Насибулин.
Исследователи решили объединить оба способа, чтобы получить точный и бесконтактный метод определения степени готовности блюд. Для этой цели они выбрали популярное во всем мире куриное мясо и приобрели в одном из московских супермаркетов партию куриных грудок. В процессе приготовления курицы-гриль исследователи обучали свои инструменты оценивать и прогнозировать степень готовности блюда.
Ученые разработали собственный дизайн «электронного носа», состоящий из восьми сенсоров для обнаружения дыма, алкоголя, угарного газа и других соединений, а также датчиков температуры и влажности воздуха. Затем «электронный нос» поместили в систему вентиляции. В процессе жарки курицу фотографировали, а полученную информацию подавали на вход алгоритмов, осуществляющего классификацию или поиск закономерностей в данных. Изменения в составе окружающей среды на разных стадиях процесса жарки также регистрировали при помощи анализа дифференциальной подвижности для измерения размера аэрозольных частиц и метода масс-спектрометрии.
Пожалуй, самой важной частью эксперимента стала «дегустация» с участием 16 аспирантов и исследователей, которых попросили оценить нежность, сочность, насыщенность вкуса, внешний вид и общую степень прожарки куриной грудки по 10-балльной шкале. Полученные отзывы затем сопоставили с результатами анализа с целью проверки соответствия между аналитическими данными и результатами субъективного восприятия.
Исследователи жарили курицу на гриле прямо около своей Лаборатории, а в качестве тестовой площадки использовали столовую Сколтеха. «В условиях пандемии коронавируса нам пришлось работать в масках и проводить тестирование в небольших группах; это было не совсем привычно. Для корректности эксперимента мы тщательно проинструктировали всех участников и каждому выдали протокол тестирования.
Мы приготовили большое количество образцов, каждому присвоили код, и участники тестировали образцы «вслепую». Для всех участников, занимающихся в основном материаловедением и использующим сложные аналитическими методами, это было очень интересно, ведь куриное мясо – это тоже материал!», − замечает Федор Федоров.
Исследователи отмечают, что их система успешно справилась с задачей распознавания основных степеней прожарки («не дожарено», «прожарено», «пережарено»), поэтому ее в принципе можно использовать для целей автоматизации контроля качества пищи на пищевых производствах. Авторы также отмечают, что для приготовления других частей курицы, например, ножек или крыльев, или использования другого способа приготовления потребуется переобучение электронных «глаз» и «носа» на новых данных.
Ученые планируют протестировать свои сенсоры в реальных условиях на ресторанных кухнях. Еще одним возможным применением нового датчика может стать распознавание испорченного мяса на этапе, когда человеческое обоняние еще не способно уловить изменения в его запахе.
«Мы полагаем, что эти системы могут использоваться как на промышленных пищевых производствах, так и на домашних кухнях, поскольку они позволяют определять степень готовности мяса в условиях, когда прямое измерение температуры невозможно или неэффективно», − отмечает в заключение Федор Федоров. Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда (РНФ).
Telegram 
Дзен 
VK Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Каждый год на месторождениях происходят десятки плановых остановок скважин для ремонта или профилактики. Чтобы во время простоев предотвратить выброс нефти и газа на поверхность, скважины глушат и закачивают в них специальные жидкости, в качестве которых нередко используют обратные эмульсии. Раньше считалось, что они безвредны и легко удаляются, поэтому, когда после глушения проницаемость уменьшалась, это списывали на другие факторы — например, отложение парафинов. Комплексно не изучалось, как именно эти составы влияют на снижение добычи. Ученые Пермского Политеха изучили обратные эмульсии и впервые объяснили, как они влияют на проницаемость горных пород. Проведенное исследование позволяет заранее определить, насколько опасен тот или иной состав и какой способ очистки сработает лучше. Это поможет нефтяным компаниям минимизировать потери добычи и избежать дорогостоящих восстановительных работ.
Переход к оседлой жизни и выращиванию кукурузы на юге Анд оказался историей затяжного кризиса. Международная группа ученых выяснила, как местные сообщества и группы мигрантов сообща пытались пережить последствия этой трансформации.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно