對話華東理工胡靜：如何用牛奶和凝膠，造出10秒測辣度的“人工舌頭”？

搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第144期，對話華東理工大學化工學院教授胡靜。

嘉賓簡介：

胡靜，華東理工大學化工學院教授、博士生導師，國家重大高層次人才。長期從事面向健康安全的納米功能材料研究，主要方向包括：有機無機納米雜化材料；基于機器學習和理論計算預測氣味特征及感知機制；氣味分子的調(diào)控及智能傳感檢測；高品質(zhì)芳香產(chǎn)品的合成及規(guī)模化。

• 這項技術將主觀的、模糊的“辣得受不了”的人體感受，轉(zhuǎn)化為客觀、可量化的數(shù)據(jù)信號。

• 凝膠兼具生物安全性和柔軟性，極大程度地模擬了人類舌頭的特性。

• 辣是一種痛感，如果能利用這一機制訓練機器人，將會提升其服務能力。

出品｜搜狐科技

作者｜周錦童

編輯｜楊 錦

吃火鍋的時候，我們的舌尖會爆發(fā)出灼熱的痛感，吃辣條的時候，我們的味蕾又像是被點燃的火焰，但人類對于“辣”的感知好像總是主觀而又模糊的。

然而，在食品工業(yè)的質(zhì)量控制中，每一瓶辣醬、每一袋調(diào)味料的辣度都必須精準量化。這個看似矛盾的難題，正被一項前沿技術悄然破解……

近日，華東理工大學的研究團隊成功研發(fā)了一種基于凝膠的“人工舌頭”，它不僅能精確區(qū)分從甜椒到朝天椒的辣度等級，更能將人類從“火辣”的試味工作中解放出來。

“人工舌頭”是如何破解辣度密碼的？有哪些應用場景？未來會給我們的生活帶來哪些改變呢？帶著這些問題，搜狐科技對話了華東理工大學化工學院胡靜教授。

從“牛奶解辣”中獲取靈感

“日常生活中，小朋友吃到辣的菜肴常常用牛奶解辣，這是因為牛奶中的酪蛋白能與辣椒素結合，減少對口腔神經(jīng)的刺激，從而緩解灼熱感。我們的研究靈感也正是來源于此。”胡靜介紹道。

于是，這個生活化的點子就這樣被團隊捕捉到了，并確立為了一個嚴肅的科學研究方向。

這種“人工舌頭”是由凝膠制成的，其中的氯離子和氫離子可導電，里面還混合了奶粉、丙烯酸等物質(zhì)。當“人工舌頭”碰到辣椒素的時候，酪蛋白與其結合形成大分子復合物，離子傳輸速度改變，從而快速、靈敏地檢測辣度的差異。

“辣度越高，電流越小。從最不辣的甜椒、燈籠椒，到最辣的朝天椒，我們都能測出來。”胡靜補充道。

值得一提的是，傳統(tǒng)傳感器利用金屬氧化物進行傳感分析，柔韌性差、靈敏度低。而胡靜團隊的研究則從仿生角度出發(fā)，模擬舌頭的柔軟性與生物安全性，成功突破了辣覺傳感的難題。

此外，傳統(tǒng)的斯科維爾指數(shù)測試依賴人工感官，容易受主觀差異與感知疲勞影響。而“人工舌頭”則將模糊的感官體驗轉(zhuǎn)化為客觀、可量化的信號，靈敏度高達0.259% wt%-1（數(shù)值越大，說明對濃度變化的響應越靈敏），響應時間僅需10秒。

“我們的研究發(fā)表在《ACS Sensors》期刊，并被《Nature》亮點報道。課題組目前正圍繞味覺傳感器持續(xù)開展工作。”胡靜如是說。

從測辣到人形機器人訓練的跨界想象

這項技術不僅能為食品工業(yè)提供精準的辣度分級，還可能走進日常生活。

未來，網(wǎng)友們甚至可以通過手機連接微型“人工舌頭”，為外賣菜品標注真實辣度。“在食品安全方面，它還能識別摻假、檢測有害或違規(guī)添加物。”胡靜如是說。

除了為食品工業(yè)提供精準的辣度分級、進行食品安全檢測外，這項技術還有著廣闊的應用前景。

胡靜表示：“在食品領域，已有酒企聯(lián)系我們希望應用于測酒的辣度；在醫(yī)療領域，它還有望幫助鼻咽癌、舌癌患者術后恢復味覺感知。”

不僅如此，更具想象力的應用是人形機器人的訓練。胡靜表示：“辣是一種痛感，而機器人沒有自我意識。如果能利用‘痛覺’機制訓練機器人，就能讓它更好地服務人類。”

雖然這個設想聽起來有些“玄幻”，但從國家需求層面來看，這類研究是有價值的。

“目前機器人主要依靠紅外、雷達、攝像頭避障，但反應不夠直接。如果柔性傳感器能模擬‘辣椒素痛感’，當機器人觸碰硬物或尖銳物體時，就能觸發(fā)類似痛覺的快速反應，從而自動規(guī)避危險。”胡靜舉例道。

未來要在嗅覺、味覺系統(tǒng)中

做出“中國傳感器”

談到這，我們不免好奇，未來是不是可以拓展到其他味覺（酸、甜、苦、鮮）甚至更復雜的風味檢測？會不會發(fā)展成一個“人工全味覺系統(tǒng)”呢？

對此，胡靜表示：“相關工作已經(jīng)在推進了，未來我們將會開發(fā)小型裝置，實現(xiàn)更全面的風味檢測。”

不過，這項工作的難度極高，還涉及香料、材料、電化學等學科領域的交叉。為保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和重復性，往往需要上百次測試，可謂是“挖空心思”“全是眼淚”。

而面對挑戰(zhàn)，胡靜總是鼓勵學生“敢為天下先”，團隊成員也稱她是“軍師”，是“主心骨”。

談及未來研究計劃時，胡靜表示：“我們希望從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化和工業(yè)化。高精尖傳感是‘卡脖子’技術，希望五年內(nèi)在嗅覺和味覺系統(tǒng)中研發(fā)出中國自主可控的傳感器，并應用在人形機器人上。”

不過，從實驗室到真正落地還有很長的路要走，胡靜也希望商業(yè)界、工業(yè)界、科研界對這項研究感興趣的朋友們能夠加入進來。

“華東理工的化工是重點學科，除了味覺、嗅覺，我們也在布局化工安全與危險氣體檢測。畢竟化工廠一出事就是大事，所以安全是我們重點關注的方向。”胡靜如是說。

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