Зупинити шахрайство на $40 млрд. Як лазерний "пістолет" перевірятиме справжність продуктів

Річний обсяг ринку підробних продуктів у світі оцінюється в $40 млрд. Згідно з Базою даних продовольчого шахрайства (Decernis LLC, Вашингтон, округ Колумбія, США), найчастіше це трапляється з молочними продуктами (зокрема сиром), кавою, оливковою олією, травами та спеціями, морепродуктами, м'ясом, алкогольними напоями, медом, соками та крупами.

На жаль, полиці магазинів надовго стали прихистком для цього особливого виду шахрайства. Адже на око неможливо перевірити, чи додали в оливкову олію трохи соняшникової або раптом не домішали в дорогі приправи дешевших трав…

Звичайно, є контролюючі служби, та й покупці часом помічають невідповідність (переважно в кричущих випадках), скаржаться або здіймають скандал. Тоді крапку в суперечці ставлять лабораторії, де, серед іншого, застосовують різноманітні методи спектроскопії.

Але лабораторний аналіз — це надто довго і дорого. До того ж невже не можна в такий спосіб перевіряти продукти ще на складі чи в магазині? Чому б не взяти в одну руку торбину, в іншу — спеціальний гаджет і не піти в маркет озброєним проти підробок? Хіба це така недосяжна мрія у XXI ст.?

Цифрові відбитки

Поки що це мрія. Але вчені з американського Університету Перд´ю засвітили вогник надії в кінці тунелю очікувань. Дослідники Бартек Раджва (Bartek Rajwa), Пол Робінсон (J. Paul Robinson) і Ейвон Бае (Euiwon Bae) переносять спектральний аналіз з лабораторій "у поле". 

Технологія така. Людина бере в руку гаджет, що трохи нагадує пістолет, наводить його на продукт і випускає сфокусований лазерний промінь. У точці попадання на зразку утворюється невидний оку шлейф мікроплазми. Інтенсивність хвиль світла, що випромінює плазма, вказує на тип і пропорцію елементів у продукті і навіть дає інформацію про його текстуру. Науковою мовою цей процес називається спектроскопією лазерно-індукованого пробою (LIBS). Отримані дані миттєво аналізує штучний інтелект (ШІ) гаджета та підтверджує або спростовує автентичність продукту.

"LIBS створює унікальний цифровий спектр, який за допомогою методу машинного навчання, розробленого командою Раджви для цього завдання, перетворюється на відбиток пальця, що може бути використаний для перевірки ідентичності досліджуваної їжі", — йдеться в матеріалах інституту.

Важливо, уточнити, що сам метод LIBS не новий і застосовуються в матеріалознавстві та металургії — на ринку є комерційні зразки відповідних приладів. 

Актуальність дослідження Раджви з командою в тому, що воно демонструє ефективність цієї оптичної технології для автентифікації харчових продуктів. Експерименти, профінансовані державою, дали прийнятні результати. Під час тестування технологія відрізняла імітацію ароматизатора ванілі від справжнього екстракту у 99% випадків, а ідентифікація європейського сиру Грюєр (Gruyère) на відміну від сиру "в стилі грюєр" з Вісконсину показала 90%-й успіх.

Науковці також протестували інші продукти, найбільш вразливі для підробок — кілька зразків альпійського сиру, кави, ванільного екстракту, бальзамічного оцту та спецій (мускатний горіх, перець, куркума). Важливо уточнити, що насправді вони використали два LIBS-аналізатора — портативний і настільний. У контексті нашої теми примітно, що "для багатьох продуктів метод виявився дуже точним, навіть за використання недорогого портативного ручного приладу LIBS". 

Хоча для більш складних продуктів, таких як альпійський сир або шинка, спектру LIBS недостатньо, тому дослідники тестують ще один метод — спектроскопію комбінаційного розсіювання, або ж раманівську спектроскопію. Вона орієнтована вже не на атоми, а на молекули і зараз застосовується переважно в медицині, біології та мистецтвознавстві. З допомогою цього методу можна також виявити наявність у зразках пестицидів, фунгіцидів чи антибіотиків.

"У певному сенсі вони [описані методи] утворюють комплементарну пару: те, що не може виявити один, може виявити інший. LIBS дає вам кількість кожного атома, а раманівський аналіз показує, як вони організовані", — пояснює професор Раджва.

Цю двокомпонентну методику тестування зразків їжі дослідники вже патентують у США. Судячи з усього, на виході матимемо спеціальний портативний прилад, що збирає інформацію про атомний склад і хімічну структуру зразка їжі, достатню для точного визначення інгредієнтів, способу приготування та навіть регіону походження продукту. Щоправда, прямо ніде не сказано, чи можна буде натренувати гаджет у процесі використання (самостійно завантажити в пам´ять цифровий слід перевіреного продукту, щоб потім ШІ порівнював з ним нові зразки), втім, сама логіка машинного навчання свідчить на користь цього.

Начебто вимальовується картина майбутнього. Але на цьому фізика стикається з економікою.

Ручні спектрометри і ритейл

Добре, ручний гаджет справді ідентифікує продукти, а сам він "недорогий", як стверджують науковці. Але наскільки "недорогий"? Недорогий порівняно зі стаціонарними аналогами чи буде насправді доступний для масового використання? Відповідь на це питання дає уявлення, чи зміниться щось у житті споживачів.

Згадаємо, що в матеріалознавстві подібними приладами вже користуються. Вони продаються в інтернеті, так і називаються LIBS-аналізаторами та, як правило, мають форму пістолета. Є чимало пропозицій за $10 тис., а зі знижкою — за $6-7 тис., можна й орендувати гаджет. Ми знайшли за $8,5 тис. ту модель, що тримає дослідник на заголовному фото (вчені взяли для тестувань наявні прилади). Раманівські спектрометри ще на кілька тисяч доларів дорожчі.

Звідси висновок, що навіть за умови успішного поширення цієї технології у новій сфері, ми не побачимо в супермаркетах покупців з пістолетами-аналізаторами. Якщо це станеться, то нескоро, не в цьому десятиріччі.

Але, додавши в прогнози сміливості та футуристичності, можна припустити такий сценарій. Дистриб´ютори і самі продуктові мережі могли б зацікавитися новинкою, яка знадобилася б під час закупки великих партій товару. Для великого і середнього бізнесу прилад на $10 тис. буде інвестицією підйомною і, головне, виправданою, особливо якщо він майже напевно ідентифікуватиме підробний товар з високих сегментів — дорогі сорти сирів, вина контрольованих найменувань тощо.

Якщо технології LIBS та раманівській спектроскопії вдасться увірватися в сферу торгівлі, то, з великою ймовірністю, відповідні аналізатори стануть дешевшати у виробництві (ефект масштабу, технічний прогрес). Це запустить новий виток впровадження їх у продуктовому ритейлі. З якогось моменту великі мережі супермаркетів почали б купувати їх на торгові зали, де LIBS-аналізатори могли б зайняти місце поряд з "контрольними вагами": такий сервіс — спектроскопія на місці покупки — став би конкурентною перевагою супермаркетів.

Але цьому варто зупинити політ фантазії до нових звісток зі США. Тепер все залежить від того, як швидко команда Раджви отримає патент та чи зацікавиться технологією бізнес — вчені вже поширили заклик до "галузевих партнерів" приєднатися до дослідження, метою якого буде виведення на ринок нового продукту.