Lưỡi nhân tạo đầu tiên trên thế giới có khả năng 'nếm' và học như cơ quan thật
(PLVN) - Các nhà khoa học vừa tạo ra lưỡi nhân tạo đầu tiên có thể cảm nhận và xử lý hương vị hoàn toàn trong môi trường chất lỏng – mô phỏng cách hoạt động của các gai vị giác ở người.
Theo công bố, thành tựu này có thể mở đường cho các hệ thống tự động kiểm tra an toàn thực phẩm, phát hiện sớm bệnh tật thông qua phân tích hóa học, hoặc tích hợp vào thiết bị phòng thí nghiệm để phân tích mẫu chất lỏng. Công nghệ này còn được xem là bước tiến hướng tới “điện toán thần kinh” – các hệ thống AI mô phỏng quá trình học của não bộ.
Lưỡi nhân tạo được chế tạo từ màng oxit graphene – những tấm carbon siêu mỏng hoạt động như bộ lọc phân tử cho các dạng ion của vị giác. Thay vì tách hạt lớn, màng này làm chậm chuyển động của ion, cho phép thiết bị nhận diện và ghi nhớ hương vị.
Trong thí nghiệm, thiết bị nhận diện bốn vị cơ bản – ngọt, chua, mặn, đắng – với độ chính xác 72,5% đến 87,5%, và đạt tới 96% khi thử với đồ uống phức tạp như cà phê hay Coca-Cola. Đây là lần đầu tiên việc cảm nhận và xử lý thông tin được kết hợp thành công trong một hệ thống “ướt” duy nhất.
Giáo sư Yong Yan, đồng tác giả nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học & Công nghệ Nano Quốc gia (Trung Quốc), cho biết: “Thiết bị của chúng tôi có thể hoạt động trong chất lỏng, cảm nhận môi trường và xử lý thông tin – giống như hệ thần kinh của con người”.
Trước đây, các hệ thống “nếm” nhân tạo đều phải xử lý dữ liệu trên máy tính bên ngoài. Hệ thống mới thực hiện cả cảm biến và phần lớn xử lý dữ liệu ngay trong môi trường lỏng, giúp tăng độ chính xác vì vị được phân tích ở trạng thái ion tự nhiên thay vì phải chuyển đổi sang dạng khô. Thách thức lớn là hầu hết linh kiện điện tử truyền thống đều không hoạt động trong môi trường lỏng, nhưng màng oxit graphene đã khắc phục được điều này.
Cơ chế hoạt động của lưỡi nhân tạo dựa trên việc hòa tan hợp chất hóa học vào chất lỏng để tạo ion. Các ion này đi qua các lớp màng carbon có kênh siêu nhỏ, mỏng hơn sợi tóc hàng nghìn lần, tạo ra “dấu vân” ion đặc trưng cho từng vị.
Thiết bị ghi nhớ dấu vân này và càng sử dụng, độ chính xác càng cao. Đặc biệt, nhóm nghiên cứu làm chậm tốc độ di chuyển của ion gấp 500 lần bình thường, giúp hệ thống “nhớ” vị trong khoảng 140 giây – lâu hơn nhiều so với vài phần nghìn giây ở công nghệ trước.
Kết quả cho thấy thiết bị có thể phân biệt đáng tin cậy các hương vị phức tạp và thậm chí cả hỗn hợp của chúng, tương đương hiệu suất của những mạng nơ-ron tiên tiến.
Ứng dụng tiềm năng của công nghệ này rất rộng: phát hiện sớm bệnh qua phân tích vị, đánh giá tác dụng thuốc, hỗ trợ người mất vị giác, kiểm tra chất lượng thực phẩm – đồ uống, và giám sát nguồn nước.
Tuy nhiên, theo giáo sư Yong Yan, hệ thống hiện còn cồng kềnh, độ nhạy cần cải thiện và tiêu thụ nhiều năng lượng. Ông kỳ vọng trong vòng một thập kỷ tới, khi giải quyết được các vấn đề về thu nhỏ kích thước, tiết kiệm năng lượng và tích hợp cảm biến, lưỡi nhân tạo sẽ tạo ra bước ngoặt trong y tế, robot và bảo vệ môi trường.