最近，麻省理工學(xué)院(MIT)媒體實(shí)驗室(MediaLab)研究人員開(kāi)發(fā)了一種無(wú)線(xiàn)系統，使用廣泛應用于數億產(chǎn)品的RFID標簽來(lái)檢測食品污染，而無(wú)需任何硬件修改。研究人員希望通過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單、可擴展的系統，向公眾推廣食品安全檢測。

本系統論文的描述已成為國際計算機學(xué)會(huì )研討會(huì )的熱門(mén)話(huà)題。論文的合作伙伴包括：媒體實(shí)驗室助理教授Fadeladib、博士后第一作者Unsooha、博士后Yunfeimaima、ZexuanZhon、Tzu電氣與計算機科學(xué)系研究生-MingHsu。

技術(shù)

研究人員開(kāi)發(fā)的系統稱(chēng)為“RFIQ“，包含一個(gè)閱讀器。當RFID標簽發(fā)出與食物交互的無(wú)線(xiàn)信號時(shí)，感知每分鐘信號的變化。他們主要關(guān)注嬰兒配方奶粉和葡萄酒。

該技術(shù)基于RFID標簽發(fā)出的信號會(huì )根據產(chǎn)品中特定污染物的水平而發(fā)生特定變化。如果有新材料，可以預測材料是純的還是污染的，以及污染的程度。實(shí)驗中，系統檢測含三聚氰胺的嬰幼兒配方奶粉精度96%，甲醇稀釋酒精精精度97%。

其他一些傳感器已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)檢測食品中的化學(xué)物質(zhì)或腐敗，但它們都是高度專(zhuān)業(yè)的系統。傳感器涂有化學(xué)物質(zhì)，并訓練檢測特定污染物。媒體實(shí)驗室研究人員的目標是致力于更廣泛的感知。FadelAdib說(shuō):“我們把這個(gè)測試完全轉移到計算側，你可以用非常便宜的傳感器來(lái)檢測各種產(chǎn)品，比如葡萄酒和嬰兒配方奶粉?！?/p>

RFID標簽是一種含有超高頻微天線(xiàn)的貼紙。它們貼在食物和其他物品上，每個(gè)標簽大約需要3到5美分。傳統上，無(wú)線(xiàn)設備被稱(chēng)為“閱讀器”，用于感知標簽，使標簽通電并發(fā)出包含其粘貼產(chǎn)品信息的獨特信號。

當RFID標簽上電時(shí)，它們發(fā)出的小電磁波會(huì )傳輸到容器中的食物中，食物中的離子和分子會(huì )扭曲。這個(gè)過(guò)程也被稱(chēng)為“弱耦合”。從根本上說(shuō)，如果材料的特性發(fā)生變化，信號的特性也會(huì )發(fā)生變化。

一個(gè)關(guān)于特征失真的簡(jiǎn)單例子，就是裝有空氣或水的容器。如果容器是空的，RFID將始終響應950兆赫的電磁波。假如容器裝有水，那么水就會(huì )吸收一些頻率，而且它的主要反應是720兆赫左右。對于不同材料和污染物的檢測，特征失真的粒度更小。Ha說(shuō):“這些信息可以用來(lái)分類(lèi)材料，在摻雜和純材料之間表現出不同的特征?！?/p>

在研究人員的系統中，讀者激發(fā)的無(wú)線(xiàn)信號是食品容器中的RFID標簽。電磁波穿透容器內部的材料，并將失真范圍（信號強度）和相位（角度）返回讀者。

當閱讀器提取信號特征時(shí)，它將這些數據發(fā)送到一臺獨立計算機上的機器學(xué)習模型。在培訓過(guò)程中，研究人員告訴模型純或摻雜的材料會(huì )發(fā)生什么變化。在這項研究中，他們使用純葡萄酒和25%、50%、75%、100%甲醇的葡萄酒；他們使用的嬰兒配方奶粉從0到30%混合了不同程度的三聚氰胺。

Adib說(shuō):“那么，模型會(huì )自動(dòng)學(xué)習哪個(gè)頻率會(huì )受到這個(gè)百分比水平污染的影響。當我們得到新樣本時(shí)，比如20%的甲醇，模型會(huì )提取[特征]并稱(chēng)重它們，并告訴你，‘我認為20%的甲醇很有可能?！?/p>

該系統的設計理念起源于一種叫做“射頻頻譜學(xué)”的技術(shù)，它利用寬頻電磁波刺激材料，測量各種形式的交互，從而判斷材料的組成。

然而，在系統中使用該技術(shù)存在一個(gè)主要挑戰：RFID標簽只能在約950兆赫的非常窄的帶寬中上電。從如此有限的帶寬中提取的信號無(wú)法收集到任何有用的信息。

早期，研究人員開(kāi)發(fā)了一種叫做“雙頻激發(fā)”的技術(shù)，它們的新技術(shù)是在上面建立起來(lái)的?！半p頻激發(fā)”技術(shù)發(fā)送兩個(gè)頻率來(lái)測量數百個(gè)頻率，一個(gè)用于激活，一個(gè)用于感知。讀者向RFID標簽發(fā)送一個(gè)位于950兆赫左右的信號。當標簽被激活時(shí)，閱讀器發(fā)送另一個(gè)頻率，掃描從400兆赫到800兆赫的頻率范圍。它檢測到這些頻率帶來(lái)的所有特征變化，并將其反饋給閱讀器。

Adib說(shuō):“這種反應就像我們把便宜的RFID變成微型射頻攝譜儀一樣?！?/p>

研究人員目前致力于確保系統能夠考慮這些變量，因為容器的形狀和其他環(huán)境因素會(huì )影響信號。他們還在努力擴大系統的容量，在許多不同的材料中檢測許多不同的污染物。

Adib說(shuō):“我們想適應任何環(huán)境。這就要求我們變得非常強壯，因為你想學(xué)會(huì )提取正確的信號來(lái)消除環(huán)境對材料內部的影響?！?/p>

價(jià)值

“近年來(lái)，如果我們有自己的工具來(lái)感知食品的質(zhì)量和安全，就可以避免與食品和飲料相關(guān)的許多危險。我們希望實(shí)現食品質(zhì)量和安全的民主化，讓每個(gè)人都能擁有它?！?/p>

未來(lái)，消費者將擁有自己的閱讀器和軟件，在購買(mǎi)任何商品之前都可以感知食品安全。研究人員表示，該系統還將繼續感知超市倉庫或智能冰箱中的RFID標簽，并自動(dòng)檢測食品變質(zhì)。