TAST-E, the robot with a sense of taste and smell

[MarbsLab]

Work in Progress...

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Ein erstes Video...

[mgritsch]

Durchaus interessante Ansätze! Mir gefällt zB wie du die Lippenbewegungen erzeugst Aber das ist nur anthropomorphe Spielerei ohne Funktion. Die Heizblöcke sind ja wirklich nett geworden und scheinen sehr stabil.

Geschmack mit Colorimetrie zu bestimmen, das wird auf mehreren Ebenen herausfordernd. Themen die ich da sehe:

- Skalierbarkeit: du brauchst viele Reagenzien und Reaktionen, sehr viel Probenvolumen, Stabilität und Verbrauch der Reagenzien? Reaktionsdauer…

- Spezifität: zB Ninhydrin wird alle Amine und Proteine anzeigen, Benedict aber nicht mal Sucrose dafür aber alles was reduziert (Formiat, Aldehyde,…) Fluoreszenz wird die Colorimetrie nicht sehen… um Geschmack zu erkennen müsste man Reagenzien finden die tatsächlich selektiv gewisse Gruppen anzeigen

- Linearität und Empfindlichkeit: sind die Reagenzien im relevanten Konzentrations-Bereich empfindlich und einigermaßen linear in der Response? Benedict ist zB eher nur qualitativ und kann bei niedriger Konzentration eine Bandbreite von Farben ergeben…

- Störungen durch Eigenfarbe der Proben?

Ich nehme pH und Leitfähigkeit gehören auch zum „Set“…

Hast du mal über Mikrofluidik / FIA nachgedacht? Das würde sich hier besonders anbieten. Man kommt mit wenig Volumen aus, das ganze läuft quasi kontinuierlich, einfach zu parallelisieren / automatisieren, braucht nur ein bisschen dünnen Schlauch, Ventile und Pumpen. Für deine Anwendung sicher optimal.

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Hast du mal über Mikrofluidik / FIA nachgedacht? Das würde sich hier besonders anbieten. Man kommt mit wenig Volumen aus, das ganze läuft quasi kontinuierlich, einfach zu parallelisieren / automatisieren, braucht nur ein bisschen dünnen Schlauch, Ventile und Pumpe. Für deine Anwendung sicher optimal.

Das ganze ist im Moment nur eine Experimentier-Platform um Erfahrungen und neue Ideen zu gewinnen.
Über Mikrofluidik habe ich natürlich nachgedacht, die Miniaturisierung kommt später, was beim Engineering eine gängige Vorgehensweise ist.
So sah übrigens der erste iPhone-Prototype aus:

[mgritsch]

Das ganze ist im Moment nur eine Experimentier-Platform um Erfahrungen und neue Ideen zu gewinnen.

Das ist schon klar, aber ich denke mehrere ml in separaten Reagenzgläsern zu verteilen ist kein zukunftsfähiges Konzept, dafür hast du halt viel Aufwand rein gesteckt mit Probenhaltern etc. Die Reaktionen und Colorimetrie zu entwickeln ist ein Workstream und ziemliche Herausforderung, das geht vermutlich einfacher ganz ohne Robot und Probenhalter im Reagenzglas. Das andere ist das Probenhandling und dafür nötige Struktur (Pumpen, Teflon-Schlauch, Split-Valves, Rotationsventile, Durchfluss-Messzellen, Temperierung…) die wohl auch noch viel Hirnschmalz braucht…

Was ist aktuell dein (zwischen-)Ziel? Soll das Ding eine gewisse vorgegebene Selektion an Real-Proben automatisch unterscheiden können? („Das ist Wein, das ist Suppe, das ist Orangensaft,…)?

[MarbsLab]

Was ist aktuell dein (zwischen-)Ziel? Soll das Ding eine gewisse vorgegebene Selektion an Real-Proben automatisch unterscheiden können? („Das ist Wein, das ist Suppe, das ist Orangensaft,…)?

Beim künstlichen Geschmackssinn ist das Ziel, die vier Geschmacksrichtungen süß, sauer, salzig und bitter sowie umami wahrnehmen.
Beim künstlichen Geruchssinn erhoffe ich mir eine diffizilere Unterscheidung wie etwa einen Apfel von einer Banane zu unterscheiden.
Auch möchte ich verschiedene Gesichtsausdrücke darstellen, die mit dem Geschmacks- und Geruchssinn einhergehen.

[mgritsch]

Beim künstlichen Geschmackssinn ist das Ziel, die vier Geschmacksrichtungen süß, sauer, salzig und bitter sowie umami wahrnehmen.

Das ist schon klar. Aber unter welchen Voraussetzungen?
Nur indem du die Modellsubstanzen in jedem Glas in reiner Form vorgibst oder in Mischungen oder in Form von realen Proben a la Suppe, Saft,…? Soll daraus eine kombinierte Aussage erfolgen (umami + salzig = Suppe, sauer + süß = Orangensaft, bitter +süß + sauer = Tonic) oder nur die Einzelaussagen der Signale nebeneinander oder das jeweilige stärkste Signal zählt? Gibt es Abstufungen oder nur 1/0? Kombination mit dem Geruchssensor?

[MarbsLab]

Das neurale Netz wird mit Modellsubstanzen trainiert. Geschmackliche Kombinationen sind auch möglich. Eine Kombination zwischen Geschmacks- und Geruchssinn ist erst mal nicht vorgesehen.
Mit Mikrofluidik habe ich schon mal experimentiert. Damals habe ich ABS-Stäbchen zu verschiedenen Formen gebogen, dann in Silikon eingegossen, mittels Vakuumkammer entgast und das ABS nach dem Aushärten mit Aceton aufgelöst.

Man könnte natürlich auch wesentlich komplexere Formen 3-D-drucken (ABS ist ein beliebtes Material), aber über kurz oder lang komme ich wahrscheinlich um einen Laser-Cutter nicht herum.

Aber das ist nur anthropomorphe Spielerei ohne Funktion.

Natürlich hat das eine Funktion. Und auch eine Wirkung. Die Funktion nennt sich „Human Machine Interface“.

[mgritsch]

Mit Mikrofluidik habe ich schon mal experimentiert. Damals habe ich ABS-Stäbchen zu verschiedenen Formen gebogen, dann in Silikon eingegossen, mittels Vakuumkammer entgast und das ABS nach dem Aushärten mit Aceton aufgelöst.

Eine aufwändige Konstruktion, nicht schlecht! Das ist natürlich ein weites Feld und es gibt wahnsinnig viele Möglichkeiten.
Ich hätte mal an eine "klassische" FIA gedacht, mit Standard-Bauteilen wie Peristaltikpumpen, mm-dicken PTFE-Schläuchen und einigen cm großen Ventilen. Heizen ist dann eben einfach dein Schlauch um einen Heizstab gewickelt statt Reagenzglas in Heizblock gestellt. Sowas ist leistbar teuer, endlich komplex selbst zu bauen und mit etwas Steuerelektronik kann man da schon viel herausholen. Sieht dann zB so aus: https://www.usbio.com.br/files/FIAlab-2500_Manual.pdf

Bis hinunter dann zur echten Mikrofluidik, einem "lab-on-a-chip" ist dann viel Spielraum

Wenn der Roboter tatsächlich automatisch Analysen durchführen soll wäre es natürlich etwas eigen wenn man dazu manuell Proben und Reagenzien einpipettieren und nach Reaktion Reagenzgläser ausleeren muss... im FIA würde ein kontinuierlicher Strom an Trägerflüssigkeit (dest Wasser) fließen und die Bestandteile unterwegs injiziert bzw am Ende nach dem Detektor in den Waste gespuckt.

Die andere Frage ist ja ob man überhaupt mit chemischen Reaktionen arbeiten sollte (Reagenzienverbrauch, Reaktionszeiten,...) oder eher generell auf elektronische Sensorik umstellt. Wie flüssigkeitsbeständig ist zB dein Riechsensor? Vielleicht spuckt der in verschiedenen flüss. Medien ja auch verwertbare Signale aus, die Interpretation ist dann halt nicht mehr so straight mit den 4 Richtungen, aber solange es probenspezifische Unterschiede gibt wird das neuronale Netz lernen sie zuzuordnen.

[MarbsLab]

Bezahlbare Peristaltikpumpen sind zu ungenau. Ich hab ja schon mal eine Spritzenpumpe vorgestellt. Die lässt sich extrem genau steuern:

Mit Piezopumpen habe ich schon gearbeitet. Sind halt wahnsinnig teuer.

Ventile kann man recht gut aus Infusion-Dreiwegehähnen fertigen, aber es geht bestimmt noch besser und kleiner.

[mgritsch]

Bezahlbare Peristaltikpumpen sind zu ungenau. Ich hab ja schon mal eine Spritzenpumpe vorgestellt. Die lässt sich extrem genau steuern:

Die Spritzenpumpe ist sicher perfekt geeignet für Dosierung von Reagenzien, aber weder für das Ansaugen von Probe noch für den carrier. Es kommt dabei auch nicht auf die Genauigkeit der Pumpe an, Dosierung steuert man volumetrisch über Ventilschleifen. Siehe: https://images.app.goo.gl/4ygz3oDmA42AEYyq8

Wenn der sample Loop gefüllt ist, dreht das Ventil eines weiter und damit ist das Probenvolumen in definierter Größe im Carrier-Strom. Es kommt also nicht auf präzise Dauer und Flussrate an.

Eine Peristaltikpumpe könnte also einen Schlauch versorgen der Robbi aus dem Mund hängt, quasi seine Zunge ist die er überall rein hängen kann. Sobald der Sample Loop gefüllt ist (timing?) wird umgeschaltet und injiziert. Nach getaner Verkostung müsste er mit dest Wasser dazwischen spülen bevor er die nächste Probe kostet.

[MarbsLab]

Ich hatte die FIA gar nicht so auf dem Schirm, aber sehr interessant und technisch für mich umsetzbar. Danke dafür.

[mgritsch]

Die FIA, in den 70ern entwickelt, hatte gefühlt in den 90ern eine Blütezeit als sie aus dem akademischen heraus kam, ist seitdem ein unverzichtbares aber auch unscheinbares working horse in der Routineanalytik.

Der deutsche Wikipedia Artikel ist Schrott, aber der englische recht tauglich https://en.m.wikipedia.org/wiki/Flow_injection_analysis
Auch sonst sollte man leicht Überblicks-Literatur finden wo es Anregungen gibt was man wie lösen kann…

[MarbsLab]

Hochinteressant! Manche arbeiten auch mit einem Autosampler, im Endeffekt ein linearer 3DOF Roboterarm. Da steige ich definitiv tiefer ein. Nochmals danke. Manchmal sieht man den Wald vor lauter Bäumen nicht.

[MarbsLab]

Zweiter Teil: