Остановить мошенничество на $40 млрд. Как лазерный "пистолет" проверит подлинность продуктов

Ежегодный объем рынка поддельных продуктов в мире оценивается в $40 млрд. Согласно Базе данных продовольственного мошенничества (Decernis LLC, Вашингтон, округ Колумбия, США), чаще всего это случается с молочными продуктами (в частности сыром), кофе, оливковым маслом, травами и специями, морепродуктами, мясом, алкогольными напитками, медом, соками и крупами.

К сожалению, полки магазинов надолго стали прибежищем для этого особого вида мошенничества. Ведь на глаз невозможно определить, добавили ли в оливковое масло немного подсолнечного или не примешали в дорогие приправы более дешевых трав…

Конечно, есть контролирующие службы, да и покупатели подчас замечают несоответствие (преимущественно в вопиющих случаях), жалуются или поднимают скандал. Тогда точку в споре ставят лаборатории, где среди прочего применяют разнообразные методы спектроскопии.

Но лабораторный анализ — это слишком долго и дорого. К тому же неужели нельзя таким образом проверять продукты еще на складе или в магазине? Почему бы не взять в одну руку сумку, в другую — специальный гаджет и не пойти в маркет вооруженным против подделок? Разве это такая недостижимая мечта в XXI веке?

Цифровые отпечатки

Пока что это мечта. Но ученые из американского Университета Пердью зажгли огонек надежды в конце тоннеля ожиданий. Исследователи Бартек Раджва (Bartek Rajwa), Пол Робинсон (J. Paul Robinson) и Эйвон Баэ (Euiwon Bae) переносят спектральный анализ из лабораторий "в поле".

Технология такова. Человек берет в руку гаджет, немного напоминающий пистолет, наводит его на продукт и выпускает сфокусированный лазерный луч. В точке попадания на образце появляется невидимый глазу шлейф микроплазмы. Интенсивность волн света, излучаемого плазмой, указывает на тип и пропорцию элементов в продукте и даже дает информацию о его текстуре. Научным языком этот процесс называется спектроскопией лазерно-индуцированного пробоя (LIBS). Полученные данные мгновенно анализирует искусственный интеллект (ИИ) гаджета и подтверждают или опровергают подлинность продукта.

"LIBS создает уникальный цифровой спектр, который с помощью метода машинного обучения, разработанного командой Раджвы для этой задачи, превращается в отпечаток пальца, что может быть использован для проверки идентичности изучаемой еды", — говорится в материалах института.

Важно уточнить, что сам метод LIBS не новый и применяется в материаловедении и металлургии — на рынке есть коммерческие образцы соответствующих приборов.

Актуальность исследования Раджвы с командой в том, что оно демонстрирует эффективность этой оптической технологии для проверки подлинности пищевых продуктов. Эксперименты, профинансированные государством, дали приемлемые результаты. Во время тестирования технология отличала имитацию ароматизатора ванили от настоящего экстракта в 99% случаев, а идентификация европейского сыра Грюер (Gruyère) в отличие от сыра "в стиле грюер" из Висконсина показала 90%-й успех.

Ученые также протестировали другие продукты, наиболее подверженные фальсификации — несколько образцов альпийского сыра, кофе, ванильный экстракт, бальзамический уксус и специи (мускатный орех, перец, куркума). Важно уточнить, что на самом деле они использовали два LIBS-анализатора — портативный и настольный. В контексте нашей темы примечательно, что "для многих продуктов метод оказался очень точным даже при использовании недорогого портативного ручного прибора LIBS".

Хотя для более сложных продуктов, таких как альпийский сыр или ветчина, спектра LIBS недостаточно, поэтому исследователи тестируют еще один метод — спектроскопию комбинационного рассеяния, или рамановскую спектроскопию. Она ориентирована уже не на атомы, а на молекулы и сейчас применяется преимущественно в медицине, биологии и искусствоведении. С помощью этого метода можно выявить наличие в образцах пестицидов, фунгицидов или антибиотиков.

"В определенном смысле они [описанные методы] образуют комплементарную пару: то, что не может обнаружить один, может обнаружить другой. LIBS дает вам количество каждого атома, а рамановский анализ показывает, как они организованы", — объясняет профессор Раджва.

Эту двухкомпонентную методику тестирования образцов пищи исследователи уже патентуют в США. Судя по всему, на выходе будет специальный портативный прибор, собирающий информацию об атомном составе и химической структуре образца еды, достаточную для точного определения ингредиентов, способа приготовления и даже региона происхождения продукта. Правда, прямо нигде не сказано, можно ли будет натренировать гаджет в процессе использования (самостоятельно загрузить в память цифровой след проверенного продукта, чтобы потом ИИ сравнивал с ним новые образцы), однако сама логика машинного обучения свидетельствует в пользу этого.

Вроде бы вырисовывается картина будущего. Но здесь физика сталкивается с экономикой.

Ручные спектрометры и ритейл

Хорошо, ручной гаджет действительно идентифицирует продукты, а сам он "недорогой", как утверждают ученые. Но насколько "недорогой"? Недорогой по сравнению со стационарными аналогами или на самом деле будет доступен для массового использования? Ответ на этот вопрос дает представление, изменится ли что-то в жизни потребителей.

Вспомним, что в материаловедении подобными приборами уже пользуются. Они продаются в интернете, так и называются LIBS-анализаторами и, как правило, имеют форму пистолета. Есть немало предложений за $10 тыс., а со скидкой за $6-7 тыс., можно и арендовать гаджет. Мы нашли за $8,5 тыс. ту модель, которую держит исследователь на заглавном фото (ученые взяли для тестирования имеющиеся приборы). Романовские спектрометры еще на несколько тысяч долларов дороже.

Отсюда вывод, что даже при успешном распространении этой технологии в новой сфере, мы не увидим в супермаркетах покупателей с пистолетами-анализаторами. Если это произойдет, то не скоро, не в этом десятилетии.

Но добавив в прогнозы смелости и футуристичности, можно предположить такой сценарий. Дистрибьюторы и сами продуктовые сети могли бы заинтересоваться новинкой, которая пригодилась бы при закупке крупных партий товара. Для крупного и среднего бизнеса прибор на $10 тыс. будет инвестицией подъемной и, главное, оправданной, особенно если он почти наверняка идентифицирует поддельный товар из высоких сегментов — дорогие сорта сыров, вина контролируемых наименований и под.

Если технологии LIBS и рамановской спектроскопии удастся ворваться в сферу торговли, то, с высокой вероятностью, соответствующие анализаторы станут дешеветь в производстве (эффект масштаба, технический прогресс). Это запустит новый виток внедрения их в продуктовом ритейле. С какого-то момента крупные сети супермаркетов начали бы закупать их на торговые залы, где LIBS-анализаторы могли бы занять место рядом с "контрольными весами": такой сервис — спектроскопия на месте покупки — стал бы конкурентным преимуществом супермаркетов.

Однако на этом стоит остановить полет фантазии до новых известий из США. Теперь все зависит от того, как быстро команда Раджвы получит патент и заинтересуется ли технологией бизнес — ученые уже распространили призыв к "отраслевым партнерам" присоединиться к исследованию, целью которого будет выведение на рынок нового продукта.