Главная / Технологии / Новая разработка ученых Сколтеха: «электронный нос» и компьютерное зрение помогут определить готовность блюд

Новая разработка ученых Сколтеха: «электронный нос» и компьютерное зрение помогут определить готовность блюд

Новая разработка ученых Сколтеха: «электронный нос» и компьютерное зрение помогут определить готовность блюд

Исследователи Сколтеха придумали, как с помощью химических сенсоров и компьютерного зрения определить, правильно ли приготовлена, например, курица-гриль. Этим методом смогут воспользоваться повара ресторанов для контроля и автоматизации процессов приготовления пищи. Не исключено, что когда-нибудь такие функции появятся и в домашних «умных» духовках.

Как узнать, готова ли курица-гриль для подачи на стол? Самый простой и привычный для всех способ определить кулинарную готовность – внимательно посмотреть на блюдо и понюхать его. Однако если вы являетесь шеф-поваром в ресторане или на производстве, вы не сможете обеспечить стабильность результата и его соответствие потребительским требованиям, полагаясь только на свое зрение и обоняние. Именно поэтому предприятия ресторанно-гостиничного бизнеса в настоящее время ведут активный поиск экономичных, надежных и высокочувствительных инструментов, в которых на смену субъективной оценке придет автоматизированный контроль качества пищевых продуктов.

Описание результатов исследования опубликованов научном журнале Food Chemistry.

Итак, создан «электронный нос», представляющий собой набор сенсоров, с помощью которых можно регистрировать «профиль» запаха, чтобы «нюхать» курицу в процессе жарки, а также применили алгоритмы компьютерного зрения, чтобы на курицу «смотреть». «Электронный нос» проще и дешевле в эксплуатации, чем, например, дорогостоящий газовый хроматограф или масс-спектрометр. В предшествующих работах другие исследователи уже показали, что «электронный нос» умеет различать сыры по сортам и отбраковывать гнилые яблоки или бананы, а компьютерное зрение позволяет распознавать визуальные структуры, например, растрескавшееся печенье.

Результаты этого проекта и стали основой для эксперимента по составлению «карты» запахов курицы-гриль.

При определении кулинарной готовности полагаться только на «электронный нос» недостаточно, необходимо в дополнение к нему использовать компьютерное зрение. Оба эти инструмента в совокупности образуют так называемую «группу электронных экспертов». В работе участвовали специалисты CDISE, имеющие обширный опыт в области компьютерного зрения.

Исследователи решили объединить эти два способа, чтобы получить точный и бесконтактный метод определения степени готовности блюд. Для этой цели они выбрали популярное во всем мире куриное мясо и приобрели в одном из московских супермаркетов партию куриных грудок. В процессе приготовления курицы-гриль исследователи обучали свои инструменты оценивать и прогнозировать степень готовности блюда.

Исследователи разработали собственный дизайн «электронного носа», состоящий из восьми сенсоров для обнаружения дыма, алкоголя, угарного газа и других соединений, а также датчиков температуры и влажности воздуха. Затем «электронный нос» поместили в систему вентиляции. В процессе жарки курицу фотографировали, а полученную информацию подавали на вход алгоритмов, осуществляющего классификацию или поиск закономерностей в данных. Изменения в составе окружающей среды на разных стадиях процесса жарки также регистрировали при помощи анализа дифференциальной подвижности для измерения размера аэрозольных частиц и метода масс-спектрометрии.

Новая разработка ученых Сколтеха: «электронный нос» и компьютерное зрение помогут определить готовность блюд

Пожалуй, самой важной частью эксперимента стала «дегустация» с участием 16 аспирантов и исследователей, которых попросили оценить нежность, сочность, насыщенность вкуса, внешний вид и общую степень прожарки куриной грудки по 10-балльной шкале. Полученные отзывы затем сопоставили с результатами анализа с целью проверки соответствия между аналитическими данными и результатами субъективного восприятия.

Исследователи жарили курицу на гриле прямо около своей Лаборатории, а в качестве тестовой площадки использовали столовую Сколтеха.

Исследователи отмечают, что их система успешно справилась с задачей распознавания основных степеней прожарки («не дожарено», «прожарено», «пережарено»), поэтому ее в принципе можно использовать для целей автоматизации контроля качества пищи на пищевых производствах. Авторы также отмечают, что для приготовления других частей курицы, например, ножек или крыльев, или использования другого способа приготовления потребуется переобучение электронных «глаз» и «носа» на новых данных.

Ученые планируют протестировать свои сенсоры в реальных условиях на ресторанных кухнях. Еще одним возможным применением нового датчика может стать распознавание испорченного мяса на этапе, когда человеческое обоняние еще не способно уловить изменения в его запахе.

В принципесистемы могут использоваться как на промышленных пищевых производствах, так и на домашних кухнях, поскольку они позволяют определять степень готовности мяса в условиях, когда прямое измерение температуры невозможно или неэффективно.

Постерыдля дома, офиса, бара на сайте «Наука и техика» в подарок себе и близким.Недорогой сюрпризшефу, друзьям, клиентам и сотрудникам.

В наличииПлакаты бронетехники, набор постеровстрелкового оружия, боевой техники. Если вы неравнодушны к авиации, то вас, наверняка, заинтересуют постеры сбоевыми,транспортными или пассажирскими самолетами.

Смотрите также

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Гибридная установка e-POWER последовательного типа состоит из электромотора и дополнительного бензинового двигателя небольшого объёма, который при необходимости заряжает аккумуляторную батарею. В схеме e-Power движение обеспечивает только электромотор, который мощнее выбранного для машины бензинового.

Последняя разработка Nissan представляет собой следующее поколение гибридной системы e-Power, впервые представленной в 2016 году. В ней бензиновый двигатель используют исключительно для зарядки аккумуляторов системы электропривода.

Тепловой КПД обычного двигателя внутреннего сгорания – минимален, а тепловые потери — значительны.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan(Other)

Nissan заявляет, что e-Power позволяет его двигателям быть более эффективными, потому что они используются только в качестве генератора для аккумулятора. Это позволяет двигателю оставаться в относительно узком диапазоне оборотов двигателя, которые обеспечивают наивысший КПД.

Транспортные средства с обычным двигателем внутреннего сгорания (ДВС) требуют мощности и производительности от двигателя в широком диапазоне скоростей (об/мин) и нагрузок. Это фундаментальное требование означает, что обычные двигатели не могут всегда работать с оптимальной эффективностью. Система e-POWER от Nissan использует бортовой двигатель в качестве специального генератора электроэнергии для электронной трансмиссии. Работа двигателя ограничена его наиболее эффективным диапазоном, регулируя соответствующим образом выработку двигателем электроэнергии и количество электроэнергии, хранящейся в батарее.

Тепловой КПД двигателя— отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя.

Автопроизводители всегда стремятся к повышению эффективности, чтобы их двигатели лучше использовали сжигаемое топливо.Достижение 50-процентной эффективности — это большое дело.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan(Other)

Чтобы получить это, казалось бы, волшебное число, фирма Nissan разработала концепцию STARC, которая увеличивает термический КПД.

«STARC» — аббревиатура слов «strong,», «tumble» и «appropriately stretched robust ignition channel» (сильный, кувыркающийся, надежный канал зажигания с соответствующим удлинением). Эта концепция позволяет повысить термический КПД за счет усиления потока газа в цилиндре (потока топливовоздушной смеси, которая втягивается в цилиндр) и зажигания, сжигая более разбавленную воздушно-топливную смесь при высокой степени сжатия.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan подчеркивает, что для зарождения мощного начального фронта пламени и полного сгорания, важна стабильность и точность потока жидкости через свечу зажигания, особенно для разбавленных смесей и при высоких степенях сжатия (это позволяет повысить эффективность двигателя).
Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%
Модель изменения скорости жидкости в цилиндре во время такта сжатия.По словам Nissan, поддержание опрокидывания до конца такта сжатия является ключом к созданию стабильной скорости жидкости через свечу зажигания, что дает c-образный «канал выпуска» зажигания, который в конечном итоге позволяет полностью сжечь разбавленное топливо. смесь без стука.

Nissan заявляет, что в ходе своих внутренних испытаний удалось достичь теплового КПД 43% при использовании рециркуляции выхлопных газов и 50% при работе двигателя на фиксированных оборотах, фиксированной нагрузке и рециркуляции выхлопных газов.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan(Other)

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Гибридная установка e-POWER последовательного типа состоит из электромотора и дополнительного бензинового двигателя небольшого объёма, который при необходимости заряжает аккумуляторную батарею. В схеме e-Power движение обеспечивает только электромотор, который мощнее выбранного для машины бензинового.

Последняя разработка Nissan представляет собой следующее поколение гибридной системы e-Power, впервые представленной в 2016 году. В ней бензиновый двигатель используют исключительно для зарядки аккумуляторов системы электропривода.

Тепловой КПД обычного двигателя внутреннего сгорания – минимален, а тепловые потери — значительны.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan(Other)

Nissan заявляет, что e-Power позволяет его двигателям быть более эффективными, потому что они используются только в качестве генератора для аккумулятора. Это позволяет двигателю оставаться в относительно узком диапазоне оборотов двигателя, которые обеспечивают наивысший КПД.

Транспортные средства с обычным двигателем внутреннего сгорания (ДВС) требуют мощности и производительности от двигателя в широком диапазоне скоростей (об/мин) и нагрузок. Это фундаментальное требование означает, что обычные двигатели не могут всегда работать с оптимальной эффективностью. Система e-POWER от Nissan использует бортовой двигатель в качестве специального генератора электроэнергии для электронной трансмиссии. Работа двигателя ограничена его наиболее эффективным диапазоном, регулируя соответствующим образом выработку двигателем электроэнергии и количество электроэнергии, хранящейся в батарее.

Тепловой КПД двигателя— отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя.

Автопроизводители всегда стремятся к повышению эффективности, чтобы их двигатели лучше использовали сжигаемое топливо.Достижение 50-процентной эффективности — это большое дело.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan(Other)

Чтобы получить это, казалось бы, волшебное число, фирма Nissan разработала концепцию STARC, которая увеличивает термический КПД.

«STARC» — аббревиатура слов «strong,», «tumble» и «appropriately stretched robust ignition channel» (сильный, кувыркающийся, надежный канал зажигания с соответствующим удлинением). Эта концепция позволяет повысить термический КПД за счет усиления потока газа в цилиндре (потока топливовоздушной смеси, которая втягивается в цилиндр) и зажигания, сжигая более разбавленную воздушно-топливную смесь при высокой степени сжатия.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan подчеркивает, что для зарождения мощного начального фронта пламени и полного сгорания, важна стабильность и точность потока жидкости через свечу зажигания, особенно для разбавленных смесей и при высоких степенях сжатия (это позволяет повысить эффективность двигателя).
Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%
Модель изменения скорости жидкости в цилиндре во время такта сжатия.По словам Nissan, поддержание опрокидывания до конца такта сжатия является ключом к созданию стабильной скорости жидкости через свечу зажигания, что дает c-образный «канал выпуска» зажигания, который в конечном итоге позволяет полностью сжечь разбавленное топливо. смесь без стука.

Nissan заявляет, что в ходе своих внутренних испытаний удалось достичь теплового КПД 43% при использовании рециркуляции выхлопных газов и 50% при работе двигателя на фиксированных оборотах, фиксированной нагрузке и рециркуляции выхлопных газов.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan(Other)

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Исследователи из Саутгемптонского университета и Университета Лаваля, Канада, создали оптические волокна с полой сердцевиной и измерили обратное отражение в них, которое примерно в 10 000 раз меньше, чем у обычных оптических волокон. Данные разработки позволят снизить потери, которые в настоящее время наблюдаются в стандартных стеклянных оптических волокнах.

Оптические волокна из кварцевого стекла традиционно используются для высокоскоростной оптической связи, обеспечивающей работу Интернета и облачных сервисов. Однако, из-за рассеяния света внутри стекла часть мощности теряется в процессе передачи (явление известно, как затухание).

При передаче более коротких длин волн света, ослабление сигнала увеличивается. Таким образом, значительные потери при передаче по оптоволокну ограничивают возможности его использования в случаях, когда требуется передать именно более короткие длины волн света.

В новом исследовании, ученые из Саутгемптонского университета продемонстрировали, что направление света через наполненные воздухом волокна позволяет решить эту проблему.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

В новых оптических волокнах полая сердцевина окружена множеством тонких стеклянных по-верхностей выбранной толщины, которые действуют как зеркала для определенных длин волн и помогают удерживать свет в полости. Это позволяет снизить потери мощности, которые в настоящее время наблюдаются в стандартных стеклянных волокнах. Предоставлено Саутгемптонским университетом.

Команда исследователей создала полые волокна с потерями, меньшими, чем те, которые достигаются в твердых стеклянных волокнах на технологически важных длинах волн 660, 850 и 1060 нанометров. Направляя свет через наполненные воздухом волокна, исследователи значительно снизили затухание, а также ограничения, которые оно вызывает. Более низкое затухание в волокне, которое направляет свет через воздух, открывает возможности для достижений в квантовой связи, передаче данных и доставке лазерной энергии.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Учёным удалось создать опытный образец антирезонансного микроструктурированного све-товода с полой сердцевиной. Изделие обладает нетипичным для волоконной оптики механиз-мом формирования и удержания в сердцевине передаваемого излучения: свет отражается от кварцевых стенок, окружающих полую сердцевину, за счёт явления антирезонанса. Благодаря этому эффекту оптоволокно имеет широкие перспективы применения.

На последующих этапах были разработаны поверхности, имеющие физическую форму, подобную форме вложенных или гнездовых трубок. Конструкция обеспечивала формирование мод (моды — возможные направления распространения луча), которые исследователи направляли через воздушную сердцевину своего волокна. Оригинальность конструкции помогает сохранить яркость испускаемого лазерного света с низкими потерями на распространение (минимизация количества фотонов, теряемых при распространении). Они также сохранили степень поляризации света, необходимую для улучшения существующих сенсорных технологий и эндоскопических устройств. Это важно, поскольку свет, направляемый вдоль волокна, будет распространяться со стабильным распределением и не будет подвергаться изменениям или внешним возмущениям.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

В отличие от обычного волоконно-оптического кабеля, в котором свет движется через стекло или пластик, пустотелые обладают повышенной скоростью передачи и меньшими потерями сигнала

Исследования улучшенных оптических волокон — ключ к успеху во многих фотонных приложениях. В частности, это улучшит производительность Интернета, который в значительной степени зависит от оптических волокон для передачи данных, где существующие технологии достигают предела своих возможностей.

Проблема измерения сигналов, рассеянных обратно в полых волокнах

У оптического волокна свет, попадающий в него, по мере распространения частично отражается назад, что называется обратным рассеянием. Это обратное рассеяние часто крайне нежелательно, поскольку оно вызывает ослабление сигналов, распространяющихся по оптическому волокну, и ограничивает производительность многих волоконно-оптических устройств, таких как оптоволоконные гироскопы, которые используются для навигации на авиалайнерах, подводных лодках и космических кораблях.

Однако возможность надежного и точного измерения обратного рассеяния может быть полезна также и в других случаях, например, при определении характеристик волоконных кабелей, где обратное рассеяние используется для контроля состояния кабеля и определения местоположения любых разрывов по его длине.

Но последнее поколение вложенных антирезонансных безузловых волокон с полой сердцевиной (NANF) демонстрируют обратное рассеяние, которое настолько низкое, что его было невозможно измерить.

Чтобы решить эту проблему, исследователи Центра исследований оптоэлектроники (ORC) Саутгемптонского университета объединились с коллегами из Центра оптики, фотоники и лазеров (COPL) Университета Лаваля, Квебек.

Они разработали прибор, который позволил измерить чрезвычайно слабые сигналы, рассеянные обратно в полых волокнах. Устройство позволило подтвердить теоретические предсказания о том, что обратное рассеяние на четыре порядка меньше, чем в стандартных полностью стеклянных световодах.

Оптические волокна с полой сердцевиной — новые возможности использования

Новые волокна с полой сердцевиной обладают потенциалом, превосходящим существующие оптические волокна на различных длинах волн, используемых сегодня в оптических технологиях. Они не только имеют более низкое затухание, но и также могут выдерживать высокие интенсивности лазерного излучения, например, необходимые для плавления горных пород и бурения нефтяных скважин, а также для производства совершенных лазеров.

Волокна с полой сердцевиной также могут передавать неискаженные лазерные импульсы с пиковыми уровнями мощности, достаточно высокими, которые было невозможно передавать по стандартным стеклянным волокнам. Кроме того они сохраняют поляризацию света, необходимую для создания более точных датчиков и эндоскопов для визуализации скрытых объектов.

Предлагаемая технология имеет потенциал для использования в более быстрых центрах обработки данных с более короткими задержками для конечного пользователя, более точных гироскопов для межпланетных миссий, более эффективного производства на основе лазеров и многих других.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Волокна с полой сердцевиной обеспечат более быстрый и надежный Интернет с большей про-пускной способностью поможет поддерживать высокий уровень онлайн-работы и общения, а также позволит продвинуться дальше в таких областях, как 3D-видеоконференции и вирту-альная реальность.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Исследователи из Саутгемптонского университета и Университета Лаваля, Канада, создали оптические волокна с полой сердцевиной и измерили обратное отражение в них, которое примерно в 10 000 раз меньше, чем у обычных оптических волокон. Данные разработки позволят снизить потери, которые в настоящее время наблюдаются в стандартных стеклянных оптических волокнах.

Оптические волокна из кварцевого стекла традиционно используются для высокоскоростной оптической связи, обеспечивающей работу Интернета и облачных сервисов. Однако, из-за рассеяния света внутри стекла часть мощности теряется в процессе передачи (явление известно, как затухание).

При передаче более коротких длин волн света, ослабление сигнала увеличивается. Таким образом, значительные потери при передаче по оптоволокну ограничивают возможности его использования в случаях, когда требуется передать именно более короткие длины волн света.

В новом исследовании, ученые из Саутгемптонского университета продемонстрировали, что направление света через наполненные воздухом волокна позволяет решить эту проблему.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

В новых оптических волокнах полая сердцевина окружена множеством тонких стеклянных по-верхностей выбранной толщины, которые действуют как зеркала для определенных длин волн и помогают удерживать свет в полости. Это позволяет снизить потери мощности, которые в настоящее время наблюдаются в стандартных стеклянных волокнах. Предоставлено Саутгемптонским университетом.

Команда исследователей создала полые волокна с потерями, меньшими, чем те, которые достигаются в твердых стеклянных волокнах на технологически важных длинах волн 660, 850 и 1060 нанометров. Направляя свет через наполненные воздухом волокна, исследователи значительно снизили затухание, а также ограничения, которые оно вызывает. Более низкое затухание в волокне, которое направляет свет через воздух, открывает возможности для достижений в квантовой связи, передаче данных и доставке лазерной энергии.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Учёным удалось создать опытный образец антирезонансного микроструктурированного све-товода с полой сердцевиной. Изделие обладает нетипичным для волоконной оптики механиз-мом формирования и удержания в сердцевине передаваемого излучения: свет отражается от кварцевых стенок, окружающих полую сердцевину, за счёт явления антирезонанса. Благодаря этому эффекту оптоволокно имеет широкие перспективы применения.

На последующих этапах были разработаны поверхности, имеющие физическую форму, подобную форме вложенных или гнездовых трубок. Конструкция обеспечивала формирование мод (моды — возможные направления распространения луча), которые исследователи направляли через воздушную сердцевину своего волокна. Оригинальность конструкции помогает сохранить яркость испускаемого лазерного света с низкими потерями на распространение (минимизация количества фотонов, теряемых при распространении). Они также сохранили степень поляризации света, необходимую для улучшения существующих сенсорных технологий и эндоскопических устройств. Это важно, поскольку свет, направляемый вдоль волокна, будет распространяться со стабильным распределением и не будет подвергаться изменениям или внешним возмущениям.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

В отличие от обычного волоконно-оптического кабеля, в котором свет движется через стекло или пластик, пустотелые обладают повышенной скоростью передачи и меньшими потерями сигнала

Исследования улучшенных оптических волокон — ключ к успеху во многих фотонных приложениях. В частности, это улучшит производительность Интернета, который в значительной степени зависит от оптических волокон для передачи данных, где существующие технологии достигают предела своих возможностей.

Проблема измерения сигналов, рассеянных обратно в полых волокнах

У оптического волокна свет, попадающий в него, по мере распространения частично отражается назад, что называется обратным рассеянием. Это обратное рассеяние часто крайне нежелательно, поскольку оно вызывает ослабление сигналов, распространяющихся по оптическому волокну, и ограничивает производительность многих волоконно-оптических устройств, таких как оптоволоконные гироскопы, которые используются для навигации на авиалайнерах, подводных лодках и космических кораблях.

Однако возможность надежного и точного измерения обратного рассеяния может быть полезна также и в других случаях, например, при определении характеристик волоконных кабелей, где обратное рассеяние используется для контроля состояния кабеля и определения местоположения любых разрывов по его длине.

Но последнее поколение вложенных антирезонансных безузловых волокон с полой сердцевиной (NANF) демонстрируют обратное рассеяние, которое настолько низкое, что его было невозможно измерить.

Чтобы решить эту проблему, исследователи Центра исследований оптоэлектроники (ORC) Саутгемптонского университета объединились с коллегами из Центра оптики, фотоники и лазеров (COPL) Университета Лаваля, Квебек.

Они разработали прибор, который позволил измерить чрезвычайно слабые сигналы, рассеянные обратно в полых волокнах. Устройство позволило подтвердить теоретические предсказания о том, что обратное рассеяние на четыре порядка меньше, чем в стандартных полностью стеклянных световодах.

Оптические волокна с полой сердцевиной — новые возможности использования

Новые волокна с полой сердцевиной обладают потенциалом, превосходящим существующие оптические волокна на различных длинах волн, используемых сегодня в оптических технологиях. Они не только имеют более низкое затухание, но и также могут выдерживать высокие интенсивности лазерного излучения, например, необходимые для плавления горных пород и бурения нефтяных скважин, а также для производства совершенных лазеров.

Волокна с полой сердцевиной также могут передавать неискаженные лазерные импульсы с пиковыми уровнями мощности, достаточно высокими, которые было невозможно передавать по стандартным стеклянным волокнам. Кроме того они сохраняют поляризацию света, необходимую для создания более точных датчиков и эндоскопов для визуализации скрытых объектов.

Предлагаемая технология имеет потенциал для использования в более быстрых центрах обработки данных с более короткими задержками для конечного пользователя, более точных гироскопов для межпланетных миссий, более эффективного производства на основе лазеров и многих других.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Волокна с полой сердцевиной обеспечат более быстрый и надежный Интернет с большей про-пускной способностью поможет поддерживать высокий уровень онлайн-работы и общения, а также позволит продвинуться дальше в таких областях, как 3D-видеоконференции и вирту-альная реальность.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *