麻省理工台灣學生共同研發以RFID檢測食安,讓貼紙變身頻譜儀

麻省理工學院(MIT)的台灣學生徐子旻與其就讀博士班的實驗室研究團隊開發的無線感測系統,利用量測無線射頻辨識(RFID)貼紙的反射訊號來判定食物的化學成分以及是否包含有害物質。
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原文刊登於MIT News,由該研究的共同作者徐子旻翻譯投稿,徐子旻目前就讀 MIT 麻省理工電機工程博士班,主要從事科學研究,次要的興趣廣泛但是一點深度都沒有,包括戲劇、音樂、咖啡、調酒、滑板。

隔空不能取藥,但可以檢測食物化學成分!

麻省理工學院(MIT)Media Lab的台灣學生徐子旻與其就讀博士班的實驗室研究團隊開發的無線感測系統,利用量測無線射頻辨識(RFID)貼紙的反射訊號來判定食物的化學成分以及是否包含有害物質。

成本低廉的 RFID 貼紙早已受到業界大量採用,用來管理物流的利器。就連我們錢包中的悠遊卡應用的也是這種技術,才能不需要接觸刷卡,嗶一下就能夠進出站。eTag 更是使用了高頻率的信號,使得貼在車窗上的貼紙距離門閘數公尺的遠距離還能偵測成功。

如今,RFID 這個傳統的技術在研究人員手上,更多了判斷容器內容物的新功能!這套系統在辨別普通奶粉與三聚氰胺能達到 96% 準確率,分辨酒精 (乙醇) 及假酒 (甲醇) 更有 97% 準確度。此研究成果已在 2018 年發表在無線網路領域研討會,正在申請美國專利。

食安一直是台灣人非常擔心的事情,危機層出不窮,往往民眾也無法掌握吃下肚的到底是什麼。也不只有台灣,還記得 2008 年中國的毒奶粉事件嗎?不肖商人在嬰幼兒奶粉中添加塑膠原料三聚氰胺 (Melamine) ,造成五萬個嬰幼兒中毒。去年 (2018) 四月在印尼一樁酒精污染事件也使得近百位民眾喝下了以後身亡。而甲醇因其在工業廣泛使用,價格低廉,也變成假酒常用的添加物之一,飲用者失明也是常有的事。

系統示意圖:左為無線訊號源,右為貼著 RFID 貼紙的容器。利用反射回來的訊號跟物體交互作用以後的改變,判斷容器內容物與成分。

徐子旻及與研究團隊所研發的系統 (如上示意圖) 名為 RFIQ,其原理是利用一個外部信號發射機,發射無線射頻訊號到貼在容器外的 RFID 貼紙上,RFID 貼紙上面有晶片以及天線,可以被動的反射信號。貼紙反射信號同時會與容器中物質有電磁交互作用,而透過比對收集反射回來的訊號便可以知道容器內有什麼物質。

與一般化學方式檢定食物內容不同,此方法不需要接觸物體本身,甚至不需要打開容器就可以偵測,唯一需要做的事情就是在容器上貼一張 RFID 貼紙。

這種貼紙優點是成本極低,一張只要台幣一元左右。貼紙上面的晶片跟天線在收到掃描信號的時候會啟動並反射獨特的序列,使得工廠能在貨物上面貼上 RFID 來追蹤每批貨物的流向。貼紙上面沒有任何電源,只是被動反射的這個特質,也使得其容易被環境影響。但正好就是這個跟環境「弱耦合」的特性,使得接收機收到的信號能夠告訴我們信號經過了什麼物體。

原本共振頻率 950 MHz 的貼紙,貼在了裝滿水容器上,因為水吸收了部分此波長的能量,馬上改變對 720 MHz 的頻率最有響應。隨著水裡面慢慢加入雜質,反射訊號的強度、相位都會慢慢變化到另一個頻譜。透過量測大量不同物質、不同濃度的頻譜,研究人員建立了機器學習的模型來判斷未知的溶液到底是什麼?這等於把一張張小小的、便宜的 RFID 貼紙變成了一個個頻譜儀。

雖然只是初期的研究,但這項研究成果隱含的意義可能很重大:我們可以用非化學性的方式來偵測污染的物體。未來家家戶戶在物聯網時代,可能都會有智慧冰箱能夠管理冰箱裡各種不同的品項,當食物含有有害成分,抑或是開始變質的時候,都可以提前知道,至少不用等到臭酸腐敗了,再用鼻子聞看看來折磨自己。

責任編輯:李柏鋒
核稿編輯:Chris


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