搜狐科技《思想大爆炸——對(duì)話科學(xué)家》欄目第144期，對(duì)話華東理工大學(xué)化工學(xué)院教授胡靜。

嘉賓簡(jiǎn)介：

胡靜，華東理工大學(xué)化工學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，國(guó)家重大高層次人才。長(zhǎng)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(jī)無(wú)機(jī)納米雜化材料；基于機(jī)器學(xué)習(xí)和理論計(jì)算預(yù)測(cè)氣味特征及感知機(jī)制；氣味分子的調(diào)控及智能傳感檢測(cè)；高品質(zhì)芳香產(chǎn)品的合成及規(guī)模化。

• 這項(xiàng)技術(shù)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(hào)。

• 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(jī)制訓(xùn)練機(jī)器人，將會(huì)提升其服務(wù)能力。

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作者｜周錦童

編輯｜楊 錦

吃火鍋的時(shí)候，我們的舌尖會(huì)爆發(fā)出灼熱的痛感，吃辣條的時(shí)候，我們的味蕾又像是被點(diǎn)燃的火焰，但人類對(duì)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(zhǔn)量化。這個(gè)看似矛盾的難題，正被一項(xiàng)前沿技術(shù)悄然破解……

近日，華東理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)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(jí)，更能將人類從“火辣”的試味工作中解放出來(lái)。

“人工舌頭”是如何破解辣度密碼的？有哪些應(yīng)用場(chǎng)景？未來(lái)會(huì)給我們的生活帶來(lái)哪些改變呢？帶著這些問(wèn)題，搜狐科技對(duì)話了華東理工大學(xué)化工學(xué)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?yàn)榕Ｄ讨械睦业鞍啄芘c辣椒素結(jié)合，減少對(duì)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(lái)源于此。”胡靜介紹道。

于是，這個(gè)生活化的點(diǎn)子就這樣被團(tuán)隊(duì)捕捉到了，并確立為了一個(gè)嚴(yán)肅的科學(xué)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(dǎo)電，里面還混合了奶粉、丙烯酸等物質(zhì)。當(dāng)“人工舌頭”碰到辣椒素的時(shí)候，酪蛋白與其結(jié)合形成大分子復(fù)合物，離子傳輸速度改變，從而快速、靈敏地檢測(cè)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(cè)出來(lái)?！焙o補(bǔ)充道。

值得一提的是，傳統(tǒng)傳感器利用金屬氧化物進(jìn)行傳感分析，柔韌性差、靈敏度低。而胡靜團(tuán)隊(duì)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(jué)傳感的難題。

此外，傳統(tǒng)的斯科維爾指數(shù)測(cè)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(yàn)轉(zhuǎn)化為客觀、可量化的信號(hào)，靈敏度高達(dá)0.259% wt%-1（數(shù)值越大，說(shuō)明對(duì)濃度變化的響應(yīng)越靈敏），響應(yīng)時(shí)間僅需10秒。

“我們的研究發(fā)表在《ACS Sensors》期刊，并被《Nature》亮點(diǎn)報(bào)道。課題組目前正圍繞味覺(jué)傳感器持續(xù)開(kāi)展工作?！焙o如是說(shuō)。

從測(cè)辣到人形機(jī)器人訓(xùn)練的跨界想象

這項(xiàng)技術(shù)不僅能為食品工業(yè)提供精準(zhǔn)的辣度分級(jí)，還可能走進(jìn)日常生活。

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

除了為食品工業(yè)提供精準(zhǔn)的辣度分級(jí)、進(jìn)行食品安全檢測(cè)外，這項(xiàng)技術(shù)還有著廣闊的應(yīng)用前景。

胡靜表示：“在食品領(lǐng)域，已有酒企聯(lián)系我們希望應(yīng)用于測(cè)酒的辣度；在醫(yī)療領(lǐng)域，它還有望幫助鼻咽癌、舌癌患者術(shù)后恢復(fù)味覺(jué)感知?！?/p>

不僅如此，更具想象力的應(yīng)用是人形機(jī)器人的訓(xùn)練。胡靜表示：“辣是一種痛感，而機(jī)器人沒(méi)有自我意識(shí)。如果能利用‘痛覺(jué)’機(jī)制訓(xùn)練機(jī)器人，就能讓它更好地服務(wù)人類?！?/p>

雖然這個(gè)設(shè)想聽(tīng)起來(lái)有些“玄幻”，但從國(guó)家需求層面來(lái)看，這類研究是有價(jià)值的。

“目前機(jī)器人主要依靠紅外、雷達(dá)、攝像頭避障，但反應(yīng)不夠直接。如果柔性傳感器能模擬‘辣椒素痛感’，當(dāng)機(jī)器人觸碰硬物或尖銳物體時(shí)，就能觸發(fā)類似痛覺(jué)的快速反應(yīng)，從而自動(dòng)規(guī)避危險(xiǎn)?！焙o舉例道。

未來(lái)要在嗅覺(jué)、味覺(jué)系統(tǒng)中

做出“中國(guó)傳感器”

談到這，我們不免好奇，未來(lái)是不是可以拓展到其他味覺(jué)（酸、甜、苦、鮮）甚至更復(fù)雜的風(fēng)味檢測(cè)？會(huì)不會(huì)發(fā)展成一個(gè)“人工全味覺(jué)系統(tǒng)”呢？

對(duì)此，胡靜表示：“相關(guān)工作已經(jīng)在推進(jìn)了，未來(lái)我們將會(huì)開(kāi)發(fā)小型裝置，實(shí)現(xiàn)更全面的風(fēng)味檢測(cè)?！?/p>

不過(guò)，這項(xiàng)工作的難度極高，還涉及香料、材料、電化學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的交叉。為保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和重復(fù)性，往往需要上百次測(cè)試，可謂是“挖空心思”“全是眼淚”。

而面對(duì)挑戰(zhàn)，胡靜總是鼓勵(lì)學(xué)生“敢為天下先”，團(tuán)隊(duì)成員也稱她是“軍師”，是“主心骨”。

談及未來(lái)研究計(jì)劃時(shí)，胡靜表示：“我們希望從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化和工業(yè)化。高精尖傳感是‘卡脖子’技術(shù)，希望五年內(nèi)在嗅覺(jué)和味覺(jué)系統(tǒng)中研發(fā)出中國(guó)自主可控的傳感器，并應(yīng)用在人形機(jī)器人上?！?/p>

不過(guò)，從實(shí)驗(yàn)室到真正落地還有很長(zhǎng)的路要走，胡靜也希望商業(yè)界、工業(yè)界、科研界對(duì)這項(xiàng)研究感興趣的朋友們能夠加入進(jìn)來(lái)。

“華東理工的化工是重點(diǎn)學(xué)科，除了味覺(jué)、嗅覺(jué)，我們也在布局化工安全與危險(xiǎn)氣體檢測(cè)。畢竟化工廠一出事就是大事，所以安全是我們重點(diǎn)關(guān)注的方向。”胡靜如是說(shuō)。

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