人工智能(AI)能渴望最喜欢的食物吗？ “电子舌头”有望成为AI情感智能的第一步

宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种基于石墨烯的电子传感器，可以“品尝”甜味和咸味等风味特征。图片来源：Das 研究实验室/宾夕法尼亚州立大学。保留所有权利

宾夕法尼亚州大学公园 — 人工智能 (AI) 会挨饿吗？对某些食物产生兴趣？目前还没有，但宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员正在开发一种新型电子舌头，它可以根据需要和想要模仿味道如何影响我们吃的东西，为人工智能提供一个可能的蓝图，让人工智能更像人类一样处理信息。

人类行为是复杂的，是我们的生理需求和心理冲动之间模糊的妥协和相互作用。尽管人工智能近年来取得了长足的进步，但人工智能系统并没有融入人类智能的心理方面。例如，情商很少被视为人工智能的一部分。

宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学副教授、本周（9 月 27 日）发表在《Nature Communications》杂志上的这项研究的通讯作者 Saptarshi Das 表示：“我们工作的主要重点是如何将智能的情感部分引入人工智能。”自然通讯。“情感是一个广阔的领域，许多研究人员都研究心理学；然而，对于计算机工程师来说，数学模型和多样化的数据集对于设计目的至关重要。人类的行为很容易观察，但很难测量，这使得在机器人中复制并使其具有情感智能变得困难。目前还没有真正的方法可以做到这一点。”

达斯指出，我们的饮食习惯是情商以及身体生理和心理状态之间相互作用的一个很好的例子。我们吃的东西很大程度上受到味觉过程的影响，味觉是指我们的味觉如何帮助我们根据口味偏好决定吃什么。这与饥饿不同，饥饿是进食的生理原因。

“如果你幸运地拥有所有可能的食物选择，你就会选择你最喜欢的食物，”达斯说。“你不会选择很苦的东西，但可能会尝试更甜的东西，对吗？”

任何在一顿丰盛的午餐后感到饱足并在下午的工作聚会上仍然被一块巧克力蛋糕诱惑的人都知道，即​​使不饿，一个人也可以吃自己喜欢的东西。

达斯说：“如果给你甜食，不管你的生理状况得到满足，你都会吃它，这与别人给你一块肉不同。”“你的心理状况仍然想要得到满足，所以你即使不饿也会有吃甜食的冲动。”

达斯说，虽然关于饥饿感知和食欲控制背后的大脑神经元回路和分子水平机制仍然存在许多问题，但诸如改进的大脑成像等进步提供了更多关于这些回路如何在味觉方面发挥作用的信息。

工程科学与力学博士生 Subir Ghosh（左）和工程科学与力学研究生研究助理 Andrew Pannone 在宾夕法尼亚州立大学公园校区千禧科学综合体的实验室里工作。 图片来源：Das 研究实验室/宾夕法尼亚州立大学。 保留所有权利。

人类舌头上的味觉感受器将化学数据转化为电脉冲。然后这些脉冲通过神经元发送到大脑的味觉皮层，在那里皮层回路（大脑中复杂的神经元网络）塑造了我们对味觉的感知。研究人员开发了该过程的简化仿生版本，包括由二维材料制成的电子“舌头”和电子“味觉皮层”，这些材料的厚度为一到几个原子。人造味蕾由基于石墨烯的微型电子传感器（称为化学晶体管）组成，可以检测气体或化学分子。电路的另一部分使用记忆晶体管，这是一种可以记住过去信号的晶体管，由二硫化钼制成。这使得研究人员能够设计出一个“电子味觉皮层”，连接生理驱动的“饥饿神经元”、心理驱动的“食欲神经元”和“进食电路”。

例如，当检测盐或氯化钠时，该设备会感应钠离子，该研究的合著者、工程科学和力学博士生 Subir Ghosh 解释道。

“这意味着该设备可以‘尝到’盐的味道，”戈什说。

两种不同的二维材料的特性在形成人工味觉系统时相互补充。

“我们使用了两种不同的材料，因为虽然石墨烯是一种出色的化学传感器，但它对于模拟大脑电路所需的电路和逻辑来说并不是很好，”工程科学和力学研究生研究助理兼合著者安德鲁·潘诺内（Andrew Pannone）说研究的。“出于这个原因，我们使用了二硫化钼，它也是一种半导体。通过结合这些纳米材料，我们利用了它们各自的优点来创建模仿味觉系统的电路。”

该工艺用途广泛，足以应用于所有五种主要口味：甜、咸、酸、苦和鲜。达斯说，这种机器人味觉系统具有广阔的潜在应用前景，从基于情商的人工智能策划减肥饮食到餐厅的个性化餐饮服务。研究小组即将实现的目标是扩大电子舌头的味觉范围。

达斯说：“我们正在尝试制造石墨烯装置阵列来模仿我们舌头上大约 10,000 个味觉感受器，每个感受器都与其他感受器略有不同，这使我们能够区分味道的细微差异。” “我想到的例子是那些训练舌头并成为品酒师的人。也许将来我们可以拥有一个人工智能系统，你可以训练它成为更好的品酒师。”

下一步是制作集成味觉芯片。

“我们希望在一块芯片中制造舌头部分和味觉电路，以进一步简化它，”戈什说。“这将是我们近期研究的主要重点。”

之后，研究人员表示，他们设想将人工智能系统中的味觉情绪智力概念转化为其他感官，例如视觉、听觉、触觉和嗅觉情绪智力，以帮助未来先进人工智能的发展。

“我们演示的电路非常简单，我们希望提高该系统探索其他口味的能力，”潘诺内说。“但除此之外，我们还想引入其他感官，这需要不同的方式，也许还需要不同的材料和/或设备。这些简单的电路可以更加完善，可以更接近地复制人类行为。此外，随着我​​们更好地了解我们自己的大脑如何工作，这将使我们能够使这项技术变得更好。”

与 Das、Pannone 和 Ghosh 一起参与这项研究的宾夕法尼亚州立大学其他研究人员还包括工程科学和力学博士生 Dipanjan Sen；Akshay Wali，电气工程博士生；Harikrishnan Ravichandran，工程科学与力学博士生。所有研究人员也都隶属于材料研究所。美国陆军研究办公室和国家科学基金会的早期职业奖支持了这项研究。