简单的,可扩展的无线系统使用数十亿产品上的RFID标签来检测污染
技术

麻省理工学院媒体实验室的研究人员开发了一种无线系统,该系统利用了数以千亿计的产品上已经存在的廉价RFID标签来检测潜在的食品污染——不需要对硬件进行修改。简单来说,可扩展系统,研究人员希望将食品安全检测带给公众。

婴儿配方奶粉中掺入三聚氰胺


在过去的二十年里,几乎每年都有食品安全事件导致疾病和死亡,这已成为全球头条新闻。回到2008年,例如,50,在中国,1000名婴儿在食用了掺有三聚氰胺的婴儿配方奶粉后住院,用于制造塑料的有机化合物,在高浓度下是有毒的。

今年四月,印尼有100多人死于饮酒受污染,部分地,用甲醇,一种有毒的酒精,通常用来稀释全世界黑市出售的酒。

研究人员的系统,称为RFIQ,包括读取器,当信号与食物相互作用时,该读取器感测从RFID标签发射的无线信号的微小变化。

在这项研究中,他们主要关注婴儿配方奶粉和酒精,但在未来,消费者在购买任何产品之前,都有自己的阅读器和软件来进行食品安全检测。

自动检测食品变质


还可以在超市后厅或智能冰箱中实现系统,以连续ping RFID标签来自动检测食品变质,研究人员说。

该技术取决于这样一个事实,即从RFID标签发射的信号中的某些变化对应于该产品中某些污染物的水平。

机器学习模型“学习”这些相关性,给定一种新材料,可以预测材料是纯的还是被污染的,在什么浓度下。

在实验中,该系统检测含三聚氰胺婴儿配方奶粉的准确率为96%,用甲醇稀释乙醇,准确度为97%。

“近年来,如果每个人都有工具来感知食品的质量和安全,那么与食品和饮料相关的危险就会避免,“Fadel Adib说,媒体实验室的助理教授,是描述该系统的论文的合著者,这是在ACM研讨会上提出的热门话题网络。“我们希望使食品质量和安全民主化,把它交给每个人。”“

论文的合著者包括:博士后和第一作者Unsoo Ha,马云飞博士后,访问研究员钟泽玄以及电机工程和计算机科学研究生徐慈铭。

“弱耦合”的功率


其他传感器也被开发用于检测食品中的化学物质或变质。188betsport但这些是高度专业化的系统,其中传感器涂有化学药品,并经过训练以检测特定污染物。188betsport

媒体实验室的研究人员则致力于更广泛的感知。“我们已经将这个检测纯粹转移到计算方面,在那里,你将使用与酒精和婴儿配方奶粉等产品相同的非常便宜的传感器,“Adib说。

RFID标签是带有微小标签的贴纸,超高频天线。它们来自食品和其他物品,每个大约要三到五美分。

传统上,一个叫阅读器的无线装置敲打标签,它启动并发出一个独特的信号,其中包含关于它所粘附的产品的信息。

研究人员的系统利用了这样一个事实:当RFID标签上电时,它们发出的小电磁波传播到容器中,并且被容器中的分子和离子扭曲。

这个过程被称为“弱耦合”。基本上,如果材料的性质发生变化,信号特性也是如此。

特征失真的一个简单例子是空气和水的容器。188bet亚洲体育如果容器是空的,RFID的响应总是在950兆赫左右。

如果里面装满了水,水吸收了一些频率,它的主要响应只有720兆赫。

188bet亚洲体育特征失真随着不同材料和不同污染物而变得更加细小。“这种信息可以用来对材料进行分类……[和]显示不纯材料和纯材料之间的不同特性,“Ha说。

为食品容器上的RFID标签供电的无线信号


在研究人员的系统中,读取器发出无线信号,为食品容器上的RFID标签供电。电磁波穿透容器内的材料,并以失真的振幅(信号强度)和相位(角度)返回到读取器。

当读取器提取信号特征时,188bet亚洲体育它将这些数据发送到单独的计算机上的机器学习模型。在训练中,研究人员告诉模型哪些特征变化与纯的或不纯的材料相对应。188bet亚洲体育

对于这项研究,他们使用纯酒精和沾有25种酒精的酒精,50,75,100%甲醇;婴儿配方奶粉中掺入不同比例的三聚氰胺,从0%到30%。

“然后,该模型将自动学习在这种百分比水平上,哪种频率受到这种杂质的影响最大,“Adib说。

“一旦我们得到一个新的样品,说,20%甲醇,模型提取[特征]并对其进行加权,188bet亚洲体育告诉你,“我认为这是含20%甲醇的酒精,准确度很高。”“

“这无疑是RFID类技术的一种创造性应用,并可能在许多与食品和健康有关的实际行业中产生强烈影响,“本·赵说,芝加哥大学计算机科学教授。

尽管需要进一步评估该系统对实际应用的准确性,“显然,目前的结果显示出希望。[工作]很可能是这一领域重要工作的开始,沿着这个方向继续发展可能完全改变我们今后评价食品质量的方式.

拓宽频率


该系统的概念来源于一种叫做射频光谱学的技术,它利用电磁波在较宽的频率上激发材料,并测量各种相互作用以确定材料的组成。

但是,在将此技术用于该系统时有一个主要挑战:RFID标签仅在非常窄的带宽上供电,带宽波动大约950兆赫。在那个有限的带宽中提取信号将无法获得任何有用的信息。

研究人员基于他们早期开发的一种传感技术,称为双频激励,它发送两个频率-一个用于激活,还有一个用于感应-测量上百个频率。

读取器发送一个950兆赫的信号给RFID标签供电。当它激活时,读取器发送另一个频率,该频率扫过约400至800兆赫的频率范围。它检测在所有这些频率上的特征变188bet亚洲体育化,并将它们提供给读者。

微型射频光谱仪


“给出这个响应,就好像我们已经把廉价的RFID转换成了微型射频光谱仪,“Adib说。

因为容器的形状和其他环境方面会影响信号,研究人员目前正在努力确保系统可以解释这些变量。

他们还在寻求扩展系统检测许多不同材料中许多不同污染物的能力。

“我们想概括任何环境,“Adib说。“这需要我们非常坚强,因为你要学会从材料内部提取正确的信号和消除环境影响。”“

http://www.engineersjou..ie/wp-content/uploads/2018/11/a-aaaaabol7.jpghttp://www.engineersjou..ie/wp-content/uploads/2018/11/a-aaaaabol7-300x300.jpg大卫·奥里奥丹技术食物,麻省理工学院安全
麻省理工学院媒体实验室的研究人员开发了一种无线系统,该系统利用了数以千亿计的产品上已经存在的廉价RFID标签来检测潜在的食品污染——不需要对硬件进行修改。简单来说,可扩展系统,研究人员希望把食品安全检测带给公众。婴儿……