近(jìn)日(rì)，美(měi)國(guó)麻省理(lǐ)工(gōng)©♠α學院(MIT)媒體(tǐ)實驗室(MediaLab)的(de)研究人✘λ(rén)員(yuán)們開(kāi)發出一≥γ(yī)種無線系統，采用(yòng)在數(shù)以億計(jì)産品上(shà® § ng)廣泛使用(yòng)的(de)RFID标簽來(lái)檢測食>↓↕≤品污染，而且無需任何硬件(jiàn)修改。研究人(rén)員(yu δ★φán)希望通(tōng)過這(zhè)種簡單、可(kě)拓展的(de)系統，向大(™><dà)衆普及食品安全檢測。

描述這(zhè)一(yī)系統論文(wén)已成為(wèi≈δ)國(guó)際計(jì)算(suàn)機(jī)學Ω→會(huì)研討(tǎo)會(huì)的(de)網絡熱≤<¥®(rè)門(mén)話(huà)題。論文(wén)合著者包括：媒體(t£ε∑&ǐ)實驗室助理(lǐ)教授FadelAdib、第一(yī)作(z ↕☆uò)者博士後UnsooHa、博士後Yunfei ∏©→Ma、訪問(wèn)研究員(yuán)ZexuanZhong、電(diàn)™★☆β氣與計(jì)算(suàn)機(jī)科(kē)學系研究生(shēng)Tzu-φπ"MingHsu。

技(jì)術(shù)

研究人(rén)員(yuán)開(kāi)發的(de)系₩π統稱為(wèi)“RFIQ”，內(nèi)含一(yī)個('¥≠<gè)閱讀(dú)器(qì)。當RFID标簽發出無線信号與食品進行(xí♥πσ"ng)交互時(shí)，感知(zhī)信号每分(fēn)鐘>¶ (zhōng)的(de)變化(huà)。他(tā)們在這(zhè)項研究中主要(yào)關注了  (le)嬰幼兒(ér)配方奶粉與酒。

這(zhè)項技(jì)術(shù)是(shì‌β £)基于：RFID标簽發出的(de)信号會(huì)₹δγ根據産品中特定污染物(wù)的(de)水(sγ<​™huǐ)平而産生(shēng)特定的(de)變化(huà)。機(jī)器(qì)&♣☆學習(xí)模型“學習(xí)”這(zhè)些(xiē)相(xiàng)關性，如(rú)果≤•&有(yǒu)一(yī)種新材料，它就(jiù₩φ•)可(kě)以預測材料是(shì)純淨的(de)還(hái)是(shì)受γ₩"δ污染的(de)，以及受污染的(de)程度。在實驗中，系統檢測含三聚氰胺的(de)嬰幼兒(α€ér)配方奶粉的(de)精準度達96%，檢測甲醇稀釋的(de)酒€ 精的(de)精準度達97%。

對(duì)于檢測食品中的(de)化(huà)學物(wù)♥ε質或者腐敗來(lái)說(shuō)，目前已經開(kāi)發出一(yī)些(x → iē)其他(tā)的(de)傳感器(qì)，但(dàn)是(shì)那(nà)些(xiē <¥©)都(dōu)是(shì)高(gāo)度專業(yè)化(☆∞≠§huà)的(de)系統，傳感器(qì)塗有(yǒu)化(huà)學物(wù)質，并被訓練去(qù) £Ω檢測特定的(de)污染物(wù)。媒體(tǐ)實驗室的(de)→≈研究人(rén)員(yuán)們的(de)目标是(shì)緻力于更廣泛的(de)感知(​×zhī)。FadelAdib表示：“我們将這(zhè)種檢測完全轉移至計(jì)算₹→ ≥(suàn)側，你(nǐ)将可(kě)采用(yòng)非常廉價≥∏的(de)傳感器(qì)檢測各種産品，例如(rú)πφ→酒和(hé)嬰兒(ér)配方奶粉。”

RFID标簽是(shì)含有(yǒu)超高(gāo)頻(pín)微εε(wēi)型天線的(de)貼紙(zhǐ)。它們貼在食品和(hé)其他(tā≤ε)物(wù)品上(shàng)，每個(gè)标簽大(dà)約花(​✘&αhuā)費(fèi)三到(dào)五美(☆∏↓™měi)分(fēn)。傳統意義上(shàng)說(shuō)，稱為(wèi)“閱讀(dú)器γ<'(qì)”的(de)無線設備用(yòng><π)于感知(zhī)标簽，使标簽上(shàn↔∞"g)電(diàn)并發出一(yī)個(gè)獨特的(de)信号，其中包含它所粘≈Ω貼的(de)産品的(de)信息。

當RFID标簽上(shàng)電(diàn)時(shí)，它們發出 ₩​的(de)小(xiǎo)型電(diàn)磁波會(huì)傳輸到(dàoσ∑)容器(qì)內(nèi)的(de)食品中，食品中的(de)離  ≈(lí)子(zǐ)及分(fēn)子(zǐ)使之産生₽δ(shēng)失真。這(zhè)個(gè)過程也(yě)稱為(wèi)“弱耦合”Ω≠δ。從(cóng)根本上(shàng)說(shuō)，如(rú)果材料的(deβ ×↓)特性發生(shēng)改變，信号的(de)特征也(yě)随之±β​改變。

一(yī)個(gè)關于特征失真的(de)簡單例子(zǐ¥δ)，就(jiù)是(shì)裝有(yǒu)空(kōng)氣或者水(shuǐ↑≠↑¶)的(de)容器(qì)。如(rú)果容器(qì)是(shì)空(kōng)的(de)，•£♦那(nà)麽RFID将總是(shì)響應950兆赫的λ‌≥(de)電(diàn)磁波。如(rú)果容器(qì)裝有(yǒu)水(shuǐ)，那(nà)麽水←↑∞‌(shuǐ)會(huì)吸收一(yī)些(xiē)頻(pín)率，并且它主要(y•✘ào)的(de)響應是(shì)720兆赫左右。特征♠σ★失真對(duì)于不(bù)同材料和(hé)不(bù)同污染物(wù)的(de)檢測是(shì♦™)更加細粒度的(de)。Ha表示：“此類信息可(kě)用(yòng)于分(fēn&®)類材料，在摻雜(zá)與純淨的(de)材料之間(jiān)顯示出£>'↔不(bù)同的(de)特征。”

在研究人(rén)員(yuán)的(de)系統中，閱讀(dú)器(qì)激發出的(de)無線信±ββ号為(wèi)食物(wù)容器(qì)中的(de)RFID标簽上α ‍(shàng)電(diàn)。電(diàn)磁波穿透‌γ♠容器(qì)內(nèi)部的(de)材料，并且給閱讀(dú£×')器(qì)返回失真的(de)幅度(信号強度)與↔→$相(xiàng)位(角度)。

當閱讀(dú)器(qì)提取信号特征時(shí)，它将這(zhè)些(xiē)數(sα•hù)據發送至一(yī)台獨立電(diàn)腦(nǎo≈<♥)上(shàng)的(de)機(jī)器(qì)學習(xí)模型。在訓練中 ®，研究人(rén)員(yuán)告知(zhī)模型，純淨或摻雜(zá£λΩ)的(de)材料會(huì)有(yǒu)什(shén)麽樣相(xiα£≈→àng)應的(de)特征變化(huà)。這(zhè)項研究中，他(tā)們采用(yòng)純淨的↑←&£(de)酒和(hé)含有(yǒu)25%、50%、75%、100%甲醇的(de)酒;他(tā)們采₩δ↕±用(yòng)的(de)嬰兒(ér)配方<→奶粉摻有(yǒu)不(bù)同程度的(de)三聚氰胺，從(cóng)0到(dào)30%。

Adib表示：“那(nà)麽，模型将自(zì)動學習(x₹  ​í)哪個(gè)頻(pín)率最會(huì)受到(dào)這(zhè)種百分(fēn)比水(shελσ¶uǐ)平的(de)污染的(de)影(yǐng)響。當我們獲取到(dào)£↑新樣本後，例如(rú)，20%的(de)甲醇∏♥，模型會(huì)提取【特征】并為(wèi)它們稱重，并告訴你(nǐ)們，‘我認為(wèi)這←←(zhè)是(shì)20%的(de)甲醇的(de)可(¥σ☆£kě)能(néng)性很(hěn)高(gāo)。’”

系統的(de)設計(jì)理(lǐ)念源自(zì)一(yī)種稱為(wèi)“射頻(píλ±←™n)頻(pín)譜學”的(de)技(jì)術(shù)，它用(₽↔Ω yòng)寬頻(pín)電(diàn)磁波刺激材料，并測量各種形式的(de↓φ)交互，從(cóng)而判斷材料的(de)組成。

但(dàn)是(shì)，将這(zhè)項技(jì)術(s☆σ×↓hù)用(yòng)于系統存在一(yī)個¶ε(gè)主要(yào)挑戰：RFID标簽隻能(néng)在950兆赫左右的(de)非常窄的(de★§π)帶寬內(nèi)上(shàng)電(diàn)。在這(zhè)♦€樣受限的(de)帶寬中提取的(de)信号無法采集到(dào)任何有(yǒu)用(yònε≈↕÷g)信息。

研究人(rén)員(yuán)們早期開(kāi)發了(lλ<e)一(yī)項稱為(wèi)“雙頻(pín)激發”的(de)技(♦φ≤jì)術(shù)，他(tā)們的(de)新技☆₹•(jì)術(shù)是(shì)在這(zhè)個(gè)上(shàng)面構建起來(±¥lái)的(de)。“雙頻(pín)激發”技(jì)術(shù)≤≥"發送兩個(gè)頻(pín)率來(lái)測量數(shù)百個(gè)頻(pín)率，一¶$"(yī)個(gè)頻(pín)率用(yòng)于激活，一(yī)個(gè)頻(p‌ £ín)率用(yòng)于感知(zhī)。閱讀(dú)器(&≠™qì)發送一(yī)個(gè)位于950兆赫左右的(de)₹'→信号為(wèi)RFID标簽上(shàng)電(diàn)。當标簽激活時(shí®←§<)，閱讀(dú)器(qì)再發送另外(wài)一(yī)個(gè)頻(pín)¶​'率掃過約從(cóng)400兆赫至800兆赫的(de)頻(pín)率範圍。它檢♦♣≈‍測到(dào)所有(yǒu)這(zhè)些(xiē)頻(p¶♥σ ín)率帶來(lái)的(de)特征變化(huà)，并将它們反饋至閱讀(σγdú)器(qì)。

Adib表示：“這(zhè)種響應方式，就(jiù)像我'&們将廉價的(de)RFID轉化(huà)為(wèi)成微(wēi)£φ₽∞型射頻(pín)攝譜儀。”

由于容器(qì)的(de)形狀和(hé)其 §他(tā)環境因素會(huì)影(yǐng)響信号，研究人(rén)員(yuán)目前正緻力于保證↓→系統能(néng)夠考慮到(dào)這(↑>>zhè)些(xiē)變量。他(tā)們也(yě)在想辦法拓展系統的↓Ωε∞(de)容量，去(qù)檢測許多(duō)不(bù)同的(de)材料中‌♥的(de)許多(duō)不(bù)同的(d•'e)污染物(wù)。

Adib表示：“我們想要(yào)适應任何環境。這(zhè)就(jiù)需要(yào)我們®'γ變得(de)非常健壯，因為(wèi)你(nǐ)™λ↕ 想要(yào)學習(xí)提取正确的(de)信号，消除環 β¶境對(duì)于材料內(nèi)部的(de)影(yǐng)響。”

價值

FadelAdib表示：“近(jìn)年(≥​≈nián)來(lái)，如(rú)果我們擁有>Ωγ"(yǒu)自(zì)己的(de)工(gōng)具λ 去(qù)具有(yǒu)感知(zhī)食品質量與安全，那(nà)麽₹₽∑$許多(duō)與食品以及飲品相(xiàng)關的(de)危險都(dōu)能(néng)避免。我λ✔•們想要(yào)實現(xiàn)食品質量與安全的(de)民(mín)主化'®(huà)，并使得(de)每個(gè)人(rén)都(dōu)能(néng₹¶§≤)擁有(yǒu)它。”

未來(lái)，消費(fèi)者們将擁有(yǒu)他(tā)們自(zì)己> 的(de)閱讀(dú)器(qì)與軟件(jiàn)，在購(gòu)買任何商品之前§'，都(dōu)可(kě)以進行(xíng)食品安全感知(zhī)。研究人(ré₽©♦±n)員(yuán)稱，系統也(yě)将在超市(shì)庫房©↔™&(fáng)或者智能(néng)冰箱中實現(xiàn)，持續地(dì)感知(zhī)€≈←RFID标簽，自(zì)動檢測食物(wù)變質。