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RFID标签检测创新技能助力食物安全

时间:2019-09-25
近日,美国麻省理工学院(MIT)媒体实验室(MediaLab)的研究人员们开宣布一种无线体系,选用在数以亿计产品上广泛使用的RFID标签来检测食物污染,而且无需任何硬件修改。研究人员期望通过这种简略、可拓宽的体系,向群众普及食物安全检测。
描绘这一体系论文已成为世界计算机学会研讨会的网络热门话题。论文合著者包括:媒体实验室助理教授FadelAdib、榜首作者博士后UnsooHa、博士后YunfeiMa、访问研究员ZexuanZhong、电气与计算机科学系研究生Tzu-MingHsu。
技能
研究人员开发的体系称为“RFIQ”,内含一个阅读器。当RFID标签宣布无线信号与食物进行交互时,感知信号每分钟的改变。他们在这项研究中首要关注了婴幼儿配方奶粉与酒。
这项技能是依据:RFID标签宣布的信号会依据产品中特定污染物的水平而产生特定的改变。机器学习模型“学习”这些相关性,假如有一种新资料,它就能够猜测资料是纯洁的仍是受污染的,以及受污染的程度。在实验中,体系检测含三聚氰胺的婴幼儿配方奶粉的精准度达96%,检测甲醇稀释的酒精的精准度达97%。
关于检测食物中的化学物质或许腐败来说,现在已经开宣布一些其他的传感器,可是那些都是高度专业化的体系,传感器涂有化学物质,并被训练去检测特定的污染物。媒体实验室的研究人员们的方针是致力于更广泛的感知。FadelAdib表明:“咱们将这种检测完全转移至计算侧,你将可选用十分廉价的传感器检测各种产品,例如酒和婴儿配方奶粉。”
RFID标签是含有超高频微型天线的贴纸。它们贴在食物和其他物品上,每个标签大约花费三到五美分。传统意义上说,称为“阅读器”的无线设备用于感知标签,使标签上电并宣布一个共同的信号,其间包含它所粘贴的产品的信息。
RFID标签上电时,它们宣布的小型电磁波会传输到容器内的食物中,食物中的离子及分子使之产生失真。这个过程也称为“弱耦合”。从根本上说,假如资料的特性发生改变,信号的特征也随之改变。
一个关于特征失真的简略比如,便是装有空气或许水的容器。假如容器是空的,那么RFID将总是响应950兆赫的电磁波。假如容器装有水,那么水会吸收一些频率,并且它首要的响应是720兆赫左右。特征失真关于不同资料和不同污染物的检测是愈加细粒度的。Ha表明:“此类信息可用于分类资料,在掺杂与纯洁的资料之间显示出不同的特征。”
在研究人员的体系中,阅读器激宣布的无线信号为食物容器中的RFID标签上电。电磁波穿透容器内部的资料,并且给阅读器返回失真的幅度(信号强度)与相位(角度)。
当阅读器提取信号特征时,它将这些数据发送至一台独立电脑上的机器学习模型。在训练中,研究人员告知模型,纯洁或掺杂的资料会有什么样相应的特征改变。这项研究中,他们选用纯洁的酒和含有25%、50%、75%、100%甲醇的酒;他们选用的婴儿配方奶粉掺有不同程度的三聚氰胺,从0到30%。
Adib表明:“那么,模型将主动学习哪个频率最会遭到这种百分比水平的污染的影响。当咱们获取到新样本后,例如,20%的甲醇,模型会提取【特征】并为它们称重,并告诉你们,‘我认为这是20%的甲醇的可能性很高。’”
体系的设计理念源自一种称为“射频频谱学”的技能,它用宽频电磁波刺激资料,并测量各种形式的交互,然后判别资料的组成。
可是,将这项技能用于体系存在一个首要挑战:RFID标签只能在950兆赫左右的十分窄的带宽内上电。在这样受限的带宽中提取的信号无法采集到任何有用信息。
研究人员们前期开发了一项称为“双频激起”的技能,他们的新技能是在这个上面构建起来的。“双频激起”技能发送两个频率来测量数百个频率,一个频率用于激活,一个频率用于感知。阅读器发送一个位于950兆赫左右的信号为RFID标签上电。当标签激活时,阅读器再发送另外一个频率扫过约从400兆赫至800兆赫的频率规模。它检测到所有这些频率带来的特征改变,并将它们反应至阅读器。
Adib表明:“这种响应方法,就像咱们将廉价的RFID转化为成微型射频摄谱仪。”
由于容器的形状和其他环境因素会影响信号,研究人员现在正致力于保证体系能够考虑到这些变量。他们也在想方法拓宽体系的容量,去检测许多不同的资料中的许多不同的污染物。
Adib表明:“咱们想要习惯任何环境。这就需求咱们变得十分强健,由于你想要学习提取正确的信号,消除环境关于资料内部的影响。”
价值
FadelAdib表明:“近年来,假如咱们具有自己的东西去具有感知食物质量与安全,那么许多与食物以及饮品相关的风险都能防止。咱们想要实现食物质量与安全的民主化,并使得每个人都能具有它。”
未来,消费者们将具有他们自己的阅读器与软件,在购买任何商品之前,都能够进行食物安全感知。研究人员称,体系也将在超市仓库或许智能冰箱中实现,持续地感知RFID标签,主动检测食物变质。

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