Mũi điện tử và thị giác máy tính giúp nướng hoàn hảo thịt gà
Các nhà nghiên cứu Skoltech đã tìm ra một cách để sử dụng các cảm biến hóa học và thị giác máy tính để xác đinh liệu thịt gà nướng đã chín đúng độ chưa. Các công cụ này có thể giúp các nhà hàng giám sát và theo dõi các quá trình nấu nướng tư động trong gian bếp của mình và có kẽ một ngày nào đó thậm chí sẽ có mặt trong lò nướng “thông minh” của bạn.
Nhóm nghiên cứu của giáo sư Albert Nasibulin của Viện Công nghệ Skoltech. Nguồn: Skoltech
Bài báo nêu rõ chi tiết về những kết quả nghiên cứu này, do Quỹ Khoa học Nga tài trợ, đã được xuất bản trên tạp chí Food Chemistry “Detecting cooking state of grilled chicken by electronic nose and computer vision techniques” (Dò trạng thái của gà nướng bằng mũi điện tử và các kỹ thuật thị giác máy tính).
Bạn có thể nói như thế nào về miếng thịt ức gà trên vỉ nướng đã sẵn sàng được xếp lên đĩa? Bạn có lẽ nhìn vào miếng thịt thật gần và hít hà mùi thơm để chắc chắc là mọi công đoạn nướng đã hoàn tất theo cách mình thích. Tuy nhiên, nếu như bạn là một đầu bếp hoặc người phụ trách gian bếp tại một cơ sở chế biến thịt gà lớn, bạn không thể phụ thuộc vào đôi mắt hoặc cái mũi để chắc chắn các kết quả đồng bộ đã đạt tiêu chuẩn mà khách hàng của bạn chờ đợi. Đó là nguyên nhân giải thích tại sao ngành công nghiệp khách sạn lại đang luôn tìm kiếm những công cụ thực tế, giá rẻ và đủ nhạy để thay thế đánh giá chủ quan của con người trong việc kiểm soát chất lượng tự động.
Giáo sư Albert Nasibulin của Viện Công nghệ Skoltech và trường đại học Aalto, nhà nghiên cứu ở Skoltech Fedor Fedorov và đồng nghiệp của họ đã quyết định nghiên cứu theo hướng này: làm một cái “mũi điện tử” – một dãy các cảm biến dò các hợp phần cụ thể của một mùi – để “ngửi” gà được chế biến và một thuật toán thị giác máy tính để “nhìn” vào đó. “Mũi điện tử” đơn giản hơn và ít đắt đỏ hơn là việc vận hành một máy sắc kí khí hoặc một máy khối phổ, và chúng có thể chứng tỏ có khả năng dò được rất nhiều loại phô mai hoặc chọn ra được những quả táo hoặc chuối đã bị hỏng. Nói cách khác, thị giác máy tính có thể ghi nhận các mẫu hình ảnh, ví dụ dò được những chiếc bánh quy vỡ.
Phòng thí nghiệm Công nghệ nano của Skoltech do giáo sư Nasibulin dẫn dắt đã phát triển những vật liệu mới cho nhiều loại cảm biến hóa học; một trong những ứng dụng cho các cảm biến đó là bộ phận HoReCa, vốn được dùng để kiểm soát chất lượng lọc khí trong thiết bị thông gió của các hiệu ăn. Một sinh viên của phòng thí nghiệm và là đồng tác giả của nghiên cứu mới là Ainul Yaqin khi đến Novosibirsk để thực hiện dự án nghiên cứu Industrial Immersion đã sử dụng các cảm biến của phòng thí nghiệm để kiểm tra hiệu quả của các tấm lọc công nghiệp do một công ty lớn của Nga chế tạo. Chính dự án đó dã dẫn đến những thực nghiệm với hồ sơ mùi của gà nướng.
“Cùng thời điểm, để xác định được trạng thái thích hợp thì người ta không chỉ phụ thuộc vào ‘mũi điện tử’ mà còn cần đến cả thị giác máy tính nữa – những công cụ đó sẽ trao cho anh một cái mà người ta vẫn gọi là ‘ban chuyên gia điện tử’. Xây dựng dựa trên những kinh nghiệm về các kĩ thuật thị giác máy tính của các đồng nghiệp CDISE Skoltech, chúng tôi đã cùng nhau kiểm tra giả thiết là khi kết hợp cả thị giác máy tính và mũi điện tử thì sẽ đạt được độ kiểm soát chính xác quá trình nấu nướng”, Nasibulin nói.
Nhóm nghiên cứu đã chọn kết hợp hai kỹ thuật này lại để giám sát độ vừa vặn của thực phẩm một cách chính xác và trong điều kiện không có sự thao tác của con người. Họ chọn thịt gà, loại thực phẩm phổ biến hàng đầu thế giới, và nướng một lượng rất nhiều ức gà (dược mua tại một siêu thị ở Moscow) để ‘huấn luyện” các công cụ của mình và đánh giá, dự đoán độ vừa vặn của việc nướng thịt tốt như thế nào.
Kết quả của nghiên cứu sẽ đem lại những thiế bị có khả năng nhận biết được độ chín vừa vặn với những miếng thịt trong gian bếp nhà hàng. Nguồn: www.skinnytaste.com
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế “mũi điện tử” của mình với tám cảm biến dò khói, cồn, CO, và các hợp phần khác, nhiệt độ, độ ẩm rồi đặt nó vào trong hệ thống thông khí. Họ cũng có nhiều bức ảnh gà rán và cung cấp thông tin cho một thuật toán để nó “nhìn” vào các mẫu hình dữ liệu. Để xác định những thay đổi về mùi vị có trong những giai đoạn khác nhau của quá trình nướng gà, các nhà khoa học đã sử dụng phân tích nhiệt lượng (để giám sát số lượng các hạt bay hơi cho mũi điện tử dò được), phân tích phần tử di động khác nhau để đo đạc kích thước của các hạt sol khí, và kỹ thuật khối phổ.
Nhưng có lẽ phần quan trọng nhất của thực nghiệm này là sự tham gia của 16 nghiên cứu sinh và nhà nghiên cứu, những người kiểm tra mùi vị của rất nhiều miếng ức gà nướng để xem độ mềm, độ thơm ngon và đậm đà của hương vị, hình thức bắt mắt và về tổng thể độ hoàn thiện của miếng thị trên thang điểm 10. Dữ liệu này đã khớp với các kết quả phân tích và sau đó là so sánh với nhận định của những người thích ăn thịt gà.
Các nhà nghiên cứu đã nướng thịt bên ngoài phòng thí nghiệm và sử dụng căng tin của Skoltech để sắp đặt địa điểm kiểm nghiệm. “Do diễn ra trong đại dịch COVID-19, chúng tôi phải đeo khẩu trang và thực hiện các kiểm thử trên các nhóm nhỏ, vì vậy đây là một thí nghiệm khá bất thường. Tất cả những người tham gia đều được hướng dẫn và trao các quy trình đánh giá về giác quan để thực hiện công việc đúng cách. Chúng tôi đã nướng nhiều mẫu, mã hóa chúng và sử dụng chúng trong các kiểm tra ‘mù’. Đó là một trải nghiệm thú vị đối với các nhà khoa học vật liệu, vốn công việc chủ yếu dựa vào dữ liệu từ các công cụ phân tích phức tạp. Tuy nhiên, các mô gà cũng là một loại vật liệu mà”, Fedorov lưu ý.
Nhóm nghiên cứu cho biết, hệ thống của họ đã có khả năng nhận diện được miếng thịt gà nướng chưa chín, vừa tới hoặc quá lửa, vì vậy rất có tiềm năng kiểm soát chất lượng tự động trong một gian bếp. Họ cũng lưu ý là việc sử dụng các kỹ thuật này trên những phần thịt gà khác, ví dụ như cánh hoặc đùi – hoặc cho những phương pháp chế biến khác, thì “mũi điện tử” và “mắt điện tử” có thể phải được huấn luyện trên dữ liệu mới.
Các nhà nghiên cứu mới lập kế hoạch kiểm tra các cảm biến của mình trong các môi trường bếp nhà hàng. Một ứng dụng tiềm năng của nó có thể là “đánh hơi” mùi thịt hỏng ngay ở giai đoạn đầu khi những thay đổi về mùi vị của nó vẫn còn quá khó nắm bắt với mũi người. “Chúng tôi tin tưởng là các hệ thống này có thể tích hợp với các bếp công nghiệp và thậm chí là bếp thông thường như một công cụ có thể hỗ trọ và tư vấn về độ vừa vặn của thịt trong gian bếp, khi không thể đo đạc nhiệt độ một cách trực tiêp hoặc việc đó không còn hiệu quả”, Fedorov nói.
Anh Vũ tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2021-01-e-nose-vision-cook-chicken.html
