Des chercheurs de l'UCLA ont inventé un appareil portable qui utilise des hologrammes et l'apprentissage automatique pour identifier et mesurer les particules biologiques en suspension dans l'air, ou bioaérosols, qui proviennent d'organismes vivants tels que des plantes ou des champignons. Formé à reconnaître cinq allergènes courants :le pollen de l'herbe des Bermudes, chêne, l'ambroisie et les spores de deux types de moisissures :le système a classé les échantillons avec une précision de 94 % grâce à l'apprentissage en profondeur.

Chaque minute, les adultes humains respirent généralement entre 100 et 1, 000 bioaérosols, dont les pollens, spores, toxines et microbes - et un nombre encore plus grand, 1 million ou plus, dans les zones fortement contaminées. Ces minuscules particules biologiques peuvent déclencher des allergies, l'asthme et d'autres maladies.

Quantifier l'exposition à ces particules biologiques est difficile et peut être long et coûteux. Les méthodes actuelles d'identification des bioaérosols reposent sur une technologie vieille de 50 ans :les chercheurs prélèvent des échantillons à l'aide de filtres ou de pièges à spores, puis les transporter vers les laboratoires, où ils sont colorés et inspectés au microscope par des scientifiques. Un autre défi est qu'il n'y a qu'un petit nombre de stations d'échantillonnage d'air dans le monde qui ont des capacités de détection ou de mesure des bioaérosols.

L'appareil aspire de l'air et piège les particules sur une surface collante qui est éclairée par un laser, qui génère un hologramme. Une puce de capteur d'image scanne l'hologramme et envoie ces données à un serveur distant.

Là, un type d'intelligence artificielle alimentée par un réseau de neurones nettoie l'image, qui est ensuite exécuté à travers un algorithme qui le recadre aux sections qui décrivent les particules biologiques. Un deuxième réseau neuronal classe ces particules parmi un ensemble de types d'allergènes préchargés.

L'appareil peut être fabriqué à partir de pièces coûtant environ 200 $. Il pèse moins de 600 grammes, soit à peu près l'équivalent de trois smartphones, et mesure environ 14 centimètres de large, 17 centimètres de long et 6 centimètres d'épaisseur.

L'appareil est le premier appareil portable économique qui détecte et classe automatiquement les particules biologiques en suspension dans l'air et sans avoir besoin d'étiqueter à l'aide de colorants. Parce que l'appareil est contrôlé sans fil, il pourrait potentiellement être transporté par des véhicules sans pilote tels que des drones, qui permettrait aux scientifiques de surveiller des sites qui seraient autrement dangereux ou difficiles d'accès pour les humains. La technologie pourrait également être utilisée dans un réseau de capteurs couvrant une vaste zone, qui permettrait aux scientifiques de créer des cartes du pollen, densité de spores et de microbes.

L'étude a été publiée en ligne par ACS Photonique .