Une équipe de recherche basée aux États-Unis a récemment développé un nouveau type de « nez électronique » capable de détecter les aliments sur le point de se gâter et les allergènes potentiels dans le réfrigérateur. Sa sensibilité serait « meilleure que celle du nez humain ». La réalisation vient de l’Université de Californie à Berkeley et est dirigée par Carla Bassil, doctorante en génie électrique et informatique. L'article pertinent a été publié dans la revue Science Advances.
Selon l'équipe de recherche, ce nez électronique intègre 16 microcapteurs de gaz, capables d'identifier des différences subtiles entre les molécules de gaz, y compris les gaz volatils tels que les allergènes alimentaires courants tels que les noix et les cacahuètes, émettant ainsi des alertes précoces avant que le risque de détérioration des aliments ou d'allergies ne soit détecté par l'odorat humain. Bassil a décrit le système comme un ensemble de « papilles gustatives numériques », chaque capteur produisant une réponse unique à différentes molécules de gaz, qui forment ensemble une « empreinte digitale » d'un aliment ou d'une odeur spécifique.
Contrairement aux détecteurs de monoxyde de carbone domestiques ordinaires qui ne ciblent qu’un seul gaz, l’intégration de plusieurs capteurs de gaz sur la même puce présente des difficultés techniques considérables. À cette fin, l’équipe a choisi des nanotubes de carbone comme matériaux conducteurs au lieu d’oxydes métalliques nécessitant un chauffage, de sorte que l’épaisseur de la couche de détection ne représente qu’un pour cent du diamètre d’un cheveu humain et puisse maintenir une sensibilité élevée à température ambiante. Cette conception élargit non seulement la gamme de matériaux sensibles optionnels, mais permet également l'utilisation de matériaux tels que des polymères qui se dégradent facilement à haute température.
En termes de processus de fabrication, Bassil utilise la méthode dite du « dripcoating » pour déposer simplement des matériaux sensibles sur la puce sous la forme d'un film mince, ce qui simplifie grandement le processus de fabrication par rapport aux processus complexes. Lorsque le nez électronique fonctionne, la réaction chimique entre la surface du capteur et les molécules de gaz est convertie en un signal électrique, formant une courbe de réponse pouvant être analysée.
Afin de doter le système de capacités de reconnaissance, l’équipe de recherche a introduit un modèle d’apprentissage automatique pour entraîner divers modèles de réponse aux gaz. Actuellement, le nez électronique a été entraîné à reconnaître les différents changements d'odeur de sept types d'aliments - fraises, myrtilles, bananes, noix, noisettes, noix de cajou et cacahuètes - ainsi que du poulet cru, du lait et des œufs à l'état frais et après avoir été laissés à température ambiante pendant 24 heures et 48 heures. Le modèle apprendra « l'empreinte digitale » gazeuse de chaque aliment dans différents états, afin de l'identifier automatiquement lors d'une détection ultérieure.
"Notre idée est d'utiliser la sélectivité relative du capteur de gaz, combinée à la capacité de l'apprentissage automatique en reconnaissance de formes, pour distinguer les empreintes de gaz correspondant à différents aliments." Bassil a déclaré: "Le résultat final est une puce de détection plus sensible et plus objective que le nez humain." Lors du test, le nez électronique ne peut détecter que 0,05 gramme de fragments de noix, soit environ un pour cent du poids d'une noix décortiquée. Cependant, Bassil a également admis qu'il n'avait pas encore vérifié les performances de l'appareil dans des environnements complexes, comme l'identification des allergènes dans des aliments mélangés tels que des gâteaux ou des salades, ou la précision lorsque plusieurs aliments dans le réfrigérateur émettent du gaz en même temps.
Pour faciliter l'application pratique, Bassil a également produit une version portable pouvant être contrôlée via une application iPhone. Elle estime que les « réfrigérateurs intelligents » seront l'un des scénarios de mise en œuvre importants de ce type de technologie à l'avenir : une fois que le réfrigérateur est doté de capteurs intégrés et connecté à un téléphone mobile, il peut rappeler de manière proactive aux utilisateurs des informations telles que « le brocoli est sur le point de se détériorer » et « le poulet approche de sa durée de conservation », aidant ainsi les familles à réduire le gaspillage alimentaire et les risques en matière de sécurité alimentaire.
La recherche a été présentée dans un communiqué de presse publié par l'Université de Californie à Berkeley. La nouvelle technologie repose sur une combinaison de capteurs de gaz à nanotubes de carbone et d’apprentissage automatique, qui est également considérée comme l’une des orientations de développement importantes dans le domaine de la surveillance future de la sécurité alimentaire et de la détection des allergènes.
