I ricercatori dell'UCLA hanno inventato un dispositivo portatile che utilizza ologrammi e apprendimento automatico per identificare e misurare le particelle biologiche sospese nell'aria, o bioaerosol, che provengono da organismi viventi come piante o funghi. Addestrato per riconoscere cinque allergeni comuni:polline di gramigna, Quercia, l'ambrosia e le spore di due tipi di muffe:il sistema ha classificato i campioni con una precisione del 94% utilizzando il deep learning.

ogni minuto, gli adulti umani in genere inspirano tra 100 e 1, 000 bioaerosol, inclusi pollini, spore, tossine e microbi, e un numero ancora maggiore, 1 milione o più, in aree altamente contaminate. Queste minuscole particelle biologiche possono scatenare allergie, asma e altre malattie.

Quantificare l'esposizione a queste particelle biologiche è difficile e può richiedere molto tempo e denaro. Gli attuali metodi per identificare i bioaerosol si basano su una tecnologia vecchia di 50 anni:i ricercatori raccolgono campioni utilizzando filtri o trappole per spore, e poi trasportarli ai laboratori, dove vengono colorati e ispezionati al microscopio dagli scienziati. Un'altra sfida è che ci sono solo un piccolo numero di stazioni di campionamento dell'aria in tutto il mondo che hanno capacità di rilevamento o misurazione del bioaerosol.

Il dispositivo aspira aria e intrappola le particelle su una superficie adesiva illuminata da un laser, che genera un ologramma. Un chip del sensore di immagine esegue la scansione dell'ologramma e invia i dati a un server remoto.

Là, un tipo di intelligenza artificiale alimentata da una rete neurale ripulisce l'immagine, che viene quindi eseguito attraverso un algoritmo che lo riduce alle sezioni che raffigurano le particelle biologiche. Una seconda rete neurale classifica queste particelle tra una serie di tipi di allergeni precaricati.

Il dispositivo può essere realizzato con parti che costano circa $ 200. Pesa meno di 600 grammi, circa lo stesso di tre smartphone, e misura circa 14 centimetri di larghezza, 17 centimetri di lunghezza e 6 centimetri di spessore.

Il dispositivo è il primo dispositivo portatile conveniente che rileva e classifica automaticamente le particelle biologiche sospese nell'aria e senza la necessità di etichettare utilizzando macchie. Poiché il dispositivo è controllato in modalità wireless, potrebbe essere trasportato da veicoli senza equipaggio come droni, che consentirebbe agli scienziati di monitorare siti che altrimenti sarebbero pericolosi o difficili da raggiungere per l'uomo. La tecnologia potrebbe essere utilizzata anche in una rete di sensori che copre una vasta area, che consentirebbe agli scienziati di creare mappe di polline, densità di spore e microbi.

Lo studio è stato pubblicato online da Fotonica ACS .