UCLA-onderzoekers hebben een draagbaar apparaat uitgevonden dat hologrammen en machine learning gebruikt om biologische deeltjes in de lucht te identificeren en te meten. of bio-aerosolen, die afkomstig zijn van levende organismen zoals planten of schimmels. Getraind om vijf veelvoorkomende allergenen te herkennen:pollen van Bermuda-gras, eik, ambrosia en sporen van twee soorten schimmels:het systeem classificeerde monsters met een nauwkeurigheid van 94 procent met behulp van deep learning.

Elke minuut, volwassen mensen ademen doorgaans tussen de 100 en 1, 000 bioaerosolen, inclusief pollen, sporen, toxines en microben - en een nog groter aantal, 1 miljoen of meer, in sterk vervuilde gebieden. Deze kleine biologische deeltjes kunnen allergieën veroorzaken, astma en andere ziekten.

Het kwantificeren van blootstelling aan die biologische deeltjes is moeilijk en kan tijdrovend en duur zijn. De huidige methoden voor het identificeren van bioaerosolen zijn gebaseerd op 50 jaar oude technologie:onderzoekers verzamelen monsters met behulp van filters of sporenvallen, en transporteer ze dan naar laboratoria, waar ze worden gekleurd en geïnspecteerd onder microscopen door wetenschappers. Een andere uitdaging is dat er wereldwijd slechts een klein aantal luchtbemonsteringsstations is die bioaerosoldetectie- of meetmogelijkheden hebben.

Het apparaat zuigt lucht aan en vangt deeltjes op een kleverig oppervlak dat wordt verlicht door een laser, die een hologram genereert. Een beeldsensorchip scant het hologram en stuurt die gegevens naar een externe server.

Daar, een soort kunstmatige intelligentie aangedreven door een neuraal netwerk ruimt het beeld op, die vervolgens door een algoritme wordt geleid dat het bijsnijdt tot de secties die de biologische deeltjes weergeven. Een tweede neuraal netwerk classificeert die deeltjes uit een reeks vooraf geladen allergeentypen.

Het apparaat kan worden gemaakt van onderdelen die ongeveer $ 200 kosten. Hij weegt minder dan 600 gram - ongeveer hetzelfde als drie smartphones - en is ongeveer 14 centimeter breed, 17 centimeter lang en 6 centimeter dik.

Het apparaat is het eerste kosteneffectieve draagbare apparaat dat biologische deeltjes in de lucht automatisch detecteert en classificeert zonder te hoeven labelen met behulp van vlekken. Omdat het apparaat draadloos wordt bestuurd, het kan mogelijk worden vervoerd door onbemande voertuigen zoals drones, waarmee wetenschappers locaties kunnen volgen die anders gevaarlijk of moeilijk voor mensen te bereiken zouden zijn. De technologie kan ook worden gebruikt in een netwerk van sensoren die een groot gebied bestrijken, waarmee wetenschappers kaarten van stuifmeel zouden kunnen maken, sporen en microbe dichtheid.

Het onderzoek is online gepubliceerd door ACS Fotonica .