Устройство, сочетающее материал на основе графена с машинным обучением для распознавания соленого, горького, сладкого и кислого вкусов, в будущем может помочь восстановить утраченное чувство вкуса у людей с неврологическими заболеваниями.
Разработка, описанная в Proceedings of the National Academy of Sciences, стала развитием прежних исследований по определению вкусов с помощью атомарно тонких слоев углерода. В отличие от ранних моделей, она может работать в условиях влажности, аналогичных среде человеческого рта.
До клинического применения устройства еще далеко, но «будет огромным успехом, если мы сможем вернуть человеку хотя бы часть вкусовых ощущений», уверен нейроэтик Андреа Лавацца из Университета Пегасо в Неаполе.
Частичная или полная потеря вкуса может возникать из-за таких заболеваний, как болезнь Паркинсона или рассеянный склероз, а также после инсульта.
Графеновый «язык»
Ученые давно признали потенциал графена — двумерного слоя атомов углерода, организованных в гексагональную решетку, — в качестве химического сенсора благодаря его электропроводности и чувствительности к различным молекулам.
В новом исследовании ученые создали вкусовой сенсор из слоев оксида графена — материала со схожей структурой и свойствами. Для оксида графена, как и для его «прародителя», характерна большая площадь поверхности и сильные изменения электропроводности при взаимодействии с разными химическими веществами. Эти изменения можно измерить, а затем интерпретировать с помощью машинного обучения, чтобы распознавать вкусы и создавать «память» о них — подобно тому, как наш мозг обрабатывает нервные сигналы от вкусовых рецепторов языка, активируемых различными химическими веществами.
Используя несколько образцов (включая соленый хлорид натрия и горький сульфат магния), исследователи «научили» устройство распознавать вкусы, связанные с определенными химическими структурами. Затем оно смогло определять эти вкусы в незнакомых веществах с точностью около 90%. Его даже можно обучить распознавать более сложные вкусы, например кофе или колу.
Лавацца называет эту разработку «очень, очень значительным шагом» к восстановлению вкуса у людей с неврологическими нарушениями, однако напоминает, что полноценное восприятие вкусов — более сложное чувство, на которое влияют запах и текстура.
Нейроинтерфейс
Разработчики планируют сделать устройство компактнее, убедиться в безопасности материалов для человека и найти способ подключить его к мозгу, задействовав пути, связанные со вкусом.
«Им необходимо разработать безопасный, стабильный и точный нейроинтерфейс», — пояснил Лавацца.
Он также предупредил о важности вопросов этического характера в создании таких устройств, включая прозрачность в отношении тех, у кого будет к ним доступ.
«Если рассматривать прозрачность как этическое требование — эта технология очень перспективна», — заключил эксперт.
«Электронный язык» позволит попробовать кофе с тортом в виртуальной реальности
Робота-повара научили готовить омлет и в процессе оценивать еду на вкус
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram