Facilitando a medição de glicose em alimentos com aprendizado profundo

Uma equipe de pesquisa colaborativa desenvolveu recentemente um novo método para medir glicose usando tecnologia de aprendizado profundo. Sua pesquisa foi publicada em Avaliações de Laser e Fotônica.

Metamateriais são materiais artificiais com propriedades eletromagnéticas únicas não encontradas na natureza, permitindo que eles manipulem ondas eletromagnéticas como luz ou micro-ondas. Uma estrutura comum usada no design de metamateriais é o ressonador de anel dividido (SRR), que apresenta um anel com uma divisão em seu centro. Este design permite que o SRR absorva, penetre ou reflita campos eletromagnéticos em frequências específicas e amplifique sinais devido à interrupção do fluxo suave de corrente, levando à ressonância eletromagnética dentro do anel.

Embora os SRRs tenham sido amplamente utilizados em sensores, sua eficácia tem sido limitada por medições inconsistentes e não confiáveis, influenciadas por fatores como temperatura, umidade e localização da amostra.

Neste estudo, a equipe teve como objetivo abordar a questão das flutuações do sinal elétrico do sensor baseado em SRR causadas por mudanças na posição da amostra. Eles começaram otimizando o sensor para amplificar sinais elétricos na faixa de frequência de 0,5 a 18 GHz usando um processo de fotolitografia que cria padrões em semicondutores com luz. Os pesquisadores então empregaram a tecnologia de aprendizado profundo para permitir que os sensores de glicose aprendessem com os sinais elétricos medidos em vários locais.

Com base nessa fundação, a equipe desenvolveu uma rede neural convolucional unidimensional (1D CNN) e conduziu experimentos com ela. Os resultados demonstraram que o modelo efetivamente compensou erros devido a variações de localização da amostra, alcançando um erro absoluto médio (MAE) de 0,695% e um erro quadrático médio (MSE) de 0,876%.

A equipe era composta pelo professor Junsuk Rho, do Departamento de Engenharia Mecânica, do Departamento de Engenharia Química e do Departamento de Engenharia Elétrica, e pelos candidatos a doutorado Seokho Lee e Kyungtae Kim, do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH), e pelo professor Hee-Jo Lee, do Departamento de Educação em Física da Universidade de Daegu.

O professor Rho da POSTECH declarou: “Conseguimos controlar com sucesso o sinal elétrico que é sensível a mudanças na posição da amostra, melhorando assim a consistência e a confiabilidade do dispositivo de medição de glicose.”

“Também é digno de nota que essa tecnologia pode ser comercializada e produzida em massa usando um processo de fotolitografia que já é amplamente empregado na indústria de semicondutores.”