p Os pesquisadores do MIT Media Lab desenvolveram um sistema sem fio que aproveita as etiquetas RFID baratas já existentes em centenas de bilhões de produtos para detectar a contaminação potencial dos alimentos - sem a necessidade de modificações de hardware. Com o simples, sistema escalável, os pesquisadores esperam levar a detecção de segurança alimentar ao público em geral. p Incidentes de segurança alimentar chegaram às manchetes em todo o mundo por causar doenças e mortes quase todos os anos nas últimas duas décadas. Em 2008, por exemplo, 50, 000 bebês na China foram hospitalizados após comerem fórmula infantil adulterada com melamina, um composto orgânico usado para fazer plásticos, que é tóxico em altas concentrações. E neste mês de abril, mais de 100 pessoas morreram na Indonésia por beber álcool contaminado, em parte, com metanol, um álcool tóxico comumente usado para diluir bebidas alcoólicas à venda em mercados negros ao redor do mundo.

p O sistema dos pesquisadores, chamado RFIQ, inclui um leitor que detecta mudanças mínimas em sinais sem fio emitidos por etiquetas RFID quando os sinais interagem com alimentos. Para este estudo, eles se concentraram em fórmulas infantis e álcool, mas no futuro, os consumidores podem ter seu próprio leitor e software para conduzir a detecção de segurança alimentar antes de comprar qualquer produto. Os sistemas também podem ser implementados nas salas dos fundos dos supermercados ou em geladeiras inteligentes para fazer o ping contínuo de uma etiqueta RFID para detectar automaticamente a deterioração dos alimentos, dizem os pesquisadores.

p A tecnologia depende do fato de que certas mudanças nos sinais emitidos por uma etiqueta RFID correspondem aos níveis de certos contaminantes naquele produto. Um modelo de aprendizado de máquina "aprende" essas correlações e, dado um novo material, pode prever se o material é puro ou contaminado, e em que concentração. Em experimentos, o sistema detectou fórmula para bebês misturada com melamina com 96 por cento de precisão, e álcool diluído com metanol com 97 por cento de precisão.

p "Nos últimos anos, houve tantos perigos relacionados a alimentos e bebidas que poderíamos ter evitado se todos tivéssemos ferramentas para detectar a qualidade e segurança dos alimentos por conta própria, "diz Fadel Adib, um professor assistente no Media Lab que é co-autor de um artigo que descreve o sistema, que está sendo apresentado no Workshop ACM sobre Tópicos em destaque em redes. “Queremos democratizar a qualidade e segurança alimentar, e trazê-lo para as mãos de todos. "

p Os co-autores do artigo incluem:pós-doutorado e primeiro autor Unsoo Ha, pós-doutorado Yunfei Ma, pesquisador visitante Zexuan Zhong, e o estudante de graduação em engenharia elétrica e ciência da computação, Tzu-Ming Hsu.

p O poder do "acoplamento fraco"

p Outros sensores também foram desenvolvidos para detectar produtos químicos ou deterioração de alimentos. Mas esses são sistemas altamente especializados, onde o sensor é revestido com produtos químicos e treinado para detectar contaminações específicas. Em vez disso, os pesquisadores do Media Lab buscam um sensoriamento mais amplo. "Mudamos essa detecção puramente para o lado da computação, onde você vai usar o mesmo sensor muito barato para produtos tão variados como álcool e fórmula para bebês, "Adib diz.

p As etiquetas RFID são adesivos com minúsculos, antenas de ultra-alta frequência. Eles vêm em produtos alimentícios e outros itens, e cada um custa cerca de três a cinco centavos. Tradicionalmente, um dispositivo sem fio chamado leitor faz ping na tag, que liga e emite um sinal exclusivo contendo informações sobre o produto ao qual está preso.

p O sistema dos pesquisadores aproveita o fato de que, quando as etiquetas RFID ligam, as pequenas ondas eletromagnéticas que eles emitem viajam e são distorcidas pelas moléculas e íons do conteúdo do recipiente. Esse processo é conhecido como "acoplamento fraco". Essencialmente, se a propriedade do material mudar, o mesmo acontece com as propriedades do sinal.

p Um exemplo simples de distorção de recurso é com um recipiente de ar versus água. Se um contêiner estiver vazio, o RFID sempre responderá em torno de 950 megahertz. Se estiver cheio de água, a água absorve parte da frequência, e sua resposta principal é de apenas 720 megahertz. As distorções de recursos ficam muito mais refinadas com diferentes materiais e diferentes contaminantes. “Esse tipo de informação pode ser usado para classificar materiais ... [e] mostrar características diferentes entre materiais impuros e puros, "Ha diz.

p No sistema dos pesquisadores, um leitor emite um sinal sem fio que alimenta a etiqueta RFID em um recipiente de comida. As ondas eletromagnéticas penetram no material dentro do recipiente e retornam ao leitor com amplitude (intensidade do sinal) e fase (ângulo) distorcidas.

p Quando o leitor extrai os recursos do sinal, ele envia esses dados para um modelo de aprendizado de máquina em um computador separado. Em treinamento, os pesquisadores informam ao modelo quais alterações de características correspondem a materiais puros ou impuros. Para este estudo, eles usaram álcool puro e álcool contaminado com 25, 50, 75, e 100 por cento de metanol; a fórmula do bebê foi adulterada com uma porcentagem variada de melamina, de 0 a 30 por cento.

p "Então, o modelo aprenderá automaticamente quais frequências são mais afetadas por este tipo de impureza neste nível de porcentagem, "Adib diz." Assim que conseguirmos uma nova amostra, dizer, 20 por cento de metanol, o modelo extrai [os recursos] e os pondera, e diz a você, 'Acho com alta precisão que se trata de álcool com 20 por cento de metanol.' "

p Ampliando as frequências

p O conceito do sistema deriva de uma técnica chamada espectroscopia de radiofrequência, que excita um material com ondas eletromagnéticas em uma ampla frequência e mede as várias interações para determinar a composição do material.

p Mas havia um grande desafio na adaptação dessa técnica para o sistema:as etiquetas RFID só ligam em uma largura de banda muito estreita oscilando em torno de 950 megahertz. Extrair sinais nessa largura de banda limitada não geraria nenhuma informação útil.

p Os pesquisadores construíram uma técnica de detecção que desenvolveram anteriormente, chamada de excitação de duas frequências, que envia duas frequências - uma para ativação, e um para detecção - para medir centenas de outras frequências. O leitor envia um sinal em torno de 950 megahertz para alimentar a etiqueta RFID. Quando é ativado, o leitor envia outra frequência que varre uma faixa de frequências de cerca de 400 a 800 megahertz. Ele detecta as mudanças de recursos em todas essas frequências e as fornece ao leitor.

p "Dada esta resposta, é quase como se tivéssemos transformado RFIDs baratos em minúsculos espectroscópios de radiofrequência, "Adib diz.

p Como a forma do contêiner e outros aspectos ambientais podem afetar o sinal, os pesquisadores estão trabalhando atualmente para garantir que o sistema possa levar em conta essas variáveis. Eles também estão buscando expandir os recursos do sistema para detectar muitos contaminantes diferentes em muitos materiais diferentes.

p "Queremos generalizar para qualquer ambiente, "Adib diz." Isso exige que sejamos muito robustos, porque você quer aprender a extrair os sinais certos e eliminar o impacto do meio ambiente do que está dentro do material. "