Los investigadores del MIT Media Lab han desarrollado un sistema inalámbrico que aprovecha las etiquetas RFID baratas que ya están en cientos de miles de millones de productos para detectar la posible contaminación de los alimentos, sin necesidad de modificaciones de hardware. Con el sistema simple y escalable, los investigadores esperan traer alimentos-detección de seguridad para el público en general.
Los incidentes de seguridad alimentaria han aparecido en los titulares de todo el mundo por causar enfermedades y muertes casi todos los años durante las últimas dos décadas. En 2008, por ejemplo, 50,000 bebés en China fueron hospitalizados después de comer fórmula infantil adulterada con melamina, un compuesto orgánico utilizadopara fabricar plásticos, que son tóxicos en altas concentraciones. Y este abril, más de 100 personas en Indonesia murieron por beber alcohol contaminado, en parte, con metanol, un alcohol tóxico comúnmente utilizado para diluir licor para la venta en los mercados negros de todo el mundo.
El sistema de los investigadores, llamado RFIQ, incluye un lector que detecta pequeños cambios en las señales inalámbricas emitidas por las etiquetas RFID cuando las señales interactúan con los alimentos. Para este estudio se centraron en la fórmula para bebés y el alcohol, pero en el futuro, los consumidores podrían tenersu propio lector y software para realizar la detección de la seguridad alimentaria antes de comprar prácticamente cualquier producto. Los investigadores también podrían implementar sistemas en los cuartos traseros de los supermercados o en los refrigeradores inteligentes para hacer ping continuamente a una etiqueta RFID para detectar el deterioro de los alimentos.
La tecnología depende del hecho de que ciertos cambios en las señales emitidas por una etiqueta RFID corresponden a niveles de ciertos contaminantes dentro de ese producto. Un modelo de aprendizaje automático "aprende" esas correlaciones y, dado un nuevo material, puede predecir si elel material es puro o contaminado, y a qué concentración. En experimentos, el sistema detectó fórmula para bebés con melamina con una precisión del 96 por ciento y alcohol diluido con metanol con una precisión del 97 por ciento
"En los últimos años, ha habido tantos peligros relacionados con los alimentos y las bebidas que podríamos haber evitado si todos tuviéramos herramientas para detectar la calidad y la seguridad de los alimentos", dice Fadel Adib, profesor asistente en Media Lab, quien es co-autor en un documento que describe el sistema, que se presenta en el Taller de ACM sobre temas candentes en las redes. "Queremos democratizar la calidad y la seguridad de los alimentos, y ponerlo en manos de todos".
Los coautores del artículo incluyen: postdoctorado y primer autor Unsoo Ha, posdoctorado Yunfei Ma, investigador visitante Zexuan Zhong, y el estudiante graduado de ingeniería eléctrica e informática Tzu-Ming Hsu.
El poder del "acoplamiento débil"
También se han desarrollado otros sensores para detectar productos químicos o el deterioro de los alimentos. Pero esos son sistemas altamente especializados, donde el sensor está recubierto con productos químicos y capacitados para detectar contaminaciones específicas. Los investigadores de Media Lab buscan una detección más amplia ".hemos trasladado esta detección únicamente al lado de la computación, donde usará el mismo sensor muy barato para productos tan variados como el alcohol y la fórmula para bebés ", dice Adib.
Las etiquetas RFID son calcomanías con pequeñas antenas de frecuencia ultraalta. Vienen en productos alimenticios y otros artículos, y cada una cuesta entre tres y cinco centavos. Tradicionalmente, un dispositivo inalámbrico llamado lector hace sonar la etiqueta, que se enciende yemite una señal única que contiene información sobre el producto al que está adherido.
El sistema de los investigadores aprovecha el hecho de que, cuando se activan las etiquetas RFID, las pequeñas ondas electromagnéticas en las que emiten viajan y son distorsionadas por las moléculas y los iones del contenido del contenedor. Este proceso se conoce como "acoplamiento débil".Esencialmente, si la propiedad del material cambia, también cambian las propiedades de la señal.
Un ejemplo simple de distorsión de la característica es con un contenedor de aire versus agua. Si un contenedor está vacío, la RFID siempre responderá a alrededor de 950 megahercios. Si está lleno de agua, el agua absorbe parte de la frecuencia, y su principalla respuesta es de solo 720 megahercios. Las distorsiones de las características se vuelven mucho más finas con diferentes materiales y diferentes contaminantes. "Ese tipo de información se puede utilizar para clasificar los materiales ... [y] mostrar diferentes características entre materiales impuros y puros".dice.
En el sistema de los investigadores, un lector emite una señal inalámbrica que alimenta la etiqueta RFID en un contenedor de alimentos. Las ondas electromagnéticas penetran en el material dentro del contenedor y regresan al lector con amplitud distorsionada intensidad de la señal y fase ángulo.
Cuando el lector extrae las características de la señal, envía esos datos a un modelo de aprendizaje automático en una computadora separada. En el entrenamiento, los investigadores le dicen al modelo qué cambios de características corresponden a materiales puros o impuros. Para este estudio, utilizaron purosalcohol y alcohol contaminado con 25, 50, 75 y 100 por ciento de metanol; la fórmula para bebés fue adulterada con un porcentaje variado de melamina, de 0 a 30 por ciento.
"Entonces, el modelo aprenderá automáticamente qué frecuencias se ven más afectadas por este tipo de impureza en este nivel de porcentaje", dice Adib. "Una vez que obtenemos una nueva muestra, digamos, 20 por ciento de metanol, el modelo extrae [las características] y las pesa, y le dice: "Creo con gran precisión que esto es alcohol con 20 por ciento de metanol".
Ampliando las frecuencias
El concepto del sistema deriva de una técnica llamada espectroscopía de radiofrecuencia, que excita un material con ondas electromagnéticas en una frecuencia amplia y mide las diversas interacciones para determinar la composición del material.
Pero hubo un desafío importante para adaptar esta técnica al sistema: las etiquetas RFID solo se activan a un ancho de banda muy estrecho que oscila alrededor de 950 megahercios. Extraer señales en ese ancho de banda limitado no generaría ninguna información útil.
Los investigadores se basaron en una técnica de detección que desarrollaron anteriormente, llamada excitación de dos frecuencias, que envía dos frecuencias, una para la activación y otra para la detección, para medir cientos de frecuencias más. El lector envía una señal a alrededor de 950 megaherciospara alimentar la etiqueta RFID. Cuando se activa, el lector envía otra frecuencia que barre un rango de frecuencias de alrededor de 400 a 800 megahercios. Detecta los cambios de características en todas estas frecuencias y las alimenta al lector.
"Dada esta respuesta, es casi como si hubiéramos transformado RFIDs baratos en pequeños espectroscopios de radiofrecuencia", dice Adib.
Debido a que la forma del contenedor y otros aspectos ambientales pueden afectar la señal, los investigadores están trabajando actualmente para garantizar que el sistema pueda tener en cuenta esas variables. También buscan expandir las capacidades del sistema para detectar muchos contaminantes diferentes en muchos materiales diferentes.
"Queremos generalizar a cualquier entorno", dice Adib. "Eso requiere que seamos muy robustos, porque desea aprender a extraer las señales correctas y eliminar el impacto del entorno de lo que hay dentro del material".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Rob Matheson. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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