UCLA -forskare uppfann en bärbar enhet som använder hologram och maskininlärning för att identifiera och mäta luftburna biologiska partiklar, eller bioaerosoler, som kommer från levande organismer som växter eller svampar. Utbildad att känna igen fem vanliga allergener - pollen från Bermuda -gräs, ek, ragweed och sporer från två typer av mögel - systemet klassificerade prover med en noggrannhet på 94 procent med hjälp av djupinlärning.

Varje minut, vuxna människor andas vanligtvis mellan 100 och 1, 000 bioaerosoler - inklusive pollen, sporer, toxiner och mikrober – och ett ännu större antal, 1 miljon eller mer, i starkt förorenade områden. Dessa små biologiska partiklar kan utlösa allergier, astma och andra sjukdomar.

Att kvantifiera exponering för dessa biologiska partiklar är svårt och kan vara tidskrävande och dyrt. De nuvarande metoderna för att identifiera bioaerosoler är beroende av 50-årig teknik:Forskare samlar prover med hjälp av filter eller sporfällor, och sedan transportera dem till laboratorier, där de färgas och inspekteras under mikroskop av forskare. En annan utmaning är att det bara finns ett litet antal luftprovtagningsstationer över hela världen som har bioaerosolavkännings- eller mätfunktioner.

Enheten drar in luft och fångar upp partiklar på en klibbig yta som lyser upp av en laser, som genererar ett hologram. Ett bildsensorchip skannar hologrammet och skickar data till en fjärrserver.

Där, en typ av artificiell intelligens som drivs av ett neuralt nätverk rensar upp bilden, som sedan körs genom en algoritm som skär den ner till sektionerna som visar de biologiska partiklarna. Ett andra neuralt nätverk klassificerar dessa partiklar bland en uppsättning förladdade allergentyper.

Enheten kan tillverkas av delar som kostar cirka 200 dollar. Den väger mindre än 600 gram - ungefär samma som tre smartphones - och är cirka 14 centimeter bred, 17 centimeter lång och 6 centimeter tjock.

Enheten är den första kostnadseffektiva bärbara enheten som känner av och klassificerar luftburna biologiska partiklar automatiskt och utan att behöva märka med fläckar. Eftersom enheten styrs trådlöst, det kan potentiellt bäras av obemannade fordon som drönare, vilket gör det möjligt för forskare att övervaka platser som annars skulle vara farliga eller svåra för människor att nå. Tekniken kan också användas i ett nätverk av sensorer som täcker ett stort område, vilket skulle göra det möjligt för forskare att skapa kartor över pollen, spor- och mikrobdensitet.

Studien publicerades online av ACS Photonics .