Графеновый искусственный язык почти неотличим от человеческого по чувствительности вкуса

Схемы биологической и графен-оксидной ионной сенсорной мемристорной системы (GO-ISMD) вкусового восприятия. В биологической системе химические стимулы сначала вызывают электрические реакции через различные вкусовые рецепторы на языке. Эти потенциалы затем кодируются и передаются по нервам в корковые нейроны мозга для обработки и распознавания вкуса. В системе на основе GO-ISMD сигналы, генерируемые различными солевыми растворами, сначала кодируются, а затем поступают в динамическую вычислительную систему для обработки и восприятия. Автор: Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2413060122

Группа исследователей сообщила в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences о новой конструкции сенсора на основе графена, который с помощью машинного обучения смог развить почти человеческое чувство вкуса. Это первое в своём роде устройство, работающее во влажной среде, что лучше приближает условия человеческого рта.

Сенсор, описанный в статье, состоит из нескольких слоёв оксида графена — материала, известного своей регулируемой электропроводностью и высокой химической реактивностью, — заключённого в нанофлюидное устройство.

Чистый графен, впервые выделенный Андреем Геймом и Константином Новосёловым (что принесло им Нобелевскую премию по физике в 2010 году), представляет собой материал из одного слоя атомов углерода, связанных в решётчатую структуру, что придаёт ему уникальные механические, электрические и химические свойства.

Как и графен, оксид графена меняет свою электропроводность при контакте с разными химическими веществами. Исследователи использовали это свойство для измерения электрических изменений в сенсоре при воздействии 160 химических соединений, каждое из которых связано с уникальным вкусовым профилем. На основе этих данных алгоритм машинного обучения создал «память» вкусов.

Этот процесс обучения аналогичен тому, как человеческий мозг интерпретирует сигналы от вкусовых рецепторов, реагирующих на химические вещества в пище. Долгое время считалось, что люди могут различать пять основных вкусов: сладкий, солёный, горький, кислый и умами. В 2023 году исследователи выделили шестой вкус — хлорид аммония.

Схематическое изображение устройства. Размер графен-оксидной мембраны — 4×4 мм. Масштабная линейка на SEM-изображении — 500 нм. Автор: Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2413060122

В ходе тестирования алгоритм новой искусственной вкусовой системы, обученный распознавать четыре основных вкуса (сладкий, солёный, горький, кислый), смог безошибочно определять уже знакомые вкусы с точностью около 98,5%.

Он также смог классифицировать вкусы 40 ранее неизвестных образцов с точностью от 75% до 90%. Исследователи также обучили алгоритм распознавать более сложные вкусы, такие как кофе и кола.

Преодолевая ограничения предыдущих искусственных вкусовых систем, новая конструкция объединила функции сенсорного восприятия и обработки вкуса в одном нанофлюидном устройстве.

По словам авторов, эта система в будущем может восстановить вкусовое восприятие у людей, утративших его из-за инсульта, вирусной инфекции или нейродегенеративных заболеваний. Однако перед этим предстоит преодолеть ряд технических сложностей.

Полная система, созданная в качестве экспериментального доказательства концепции, пока довольно громоздкая и энергозатратная. Исследователи отмечают, что для практического применения потребуется дальнейшая миниатюризация и интеграция.

Дополнительная информация: Yuchun Zhang et al, Confinement of ions within graphene oxide membranes enables neuromorphic artificial gustation, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2413060122