싱가포르 난양공대, 육류 신선도 평가하는 AI 기반 ‘전자 코’ 개발 고기 부패 시 생성 가스와 반응해 색상 변하는 바코드 활용 AI 알고리즘 통한 육류 신선도 예측…정확도 98.5%에 달해
싱가포르 난양공과대(NTU) 국제 연구팀이 개발한 ’전자 코(e-nose)’는 고기가 부패하면서 생성되는 가스에 반응해 시간이 지날수록 색이 변하는 ‘바코드’와 AI로 구동되는 스마트폰 앱 형태의 ‘바코드 판독기’로 구성된다. (사진=Nanyang Technological University).
썩은 고기 냄새를 잡아내는 인공지능(AI) ‘전자 코’가 나왔다. 싱가포르 난양공과대(NTU) 국제 연구팀이 육류의 신선도를 냄새로 감지해 정확하게 평가할 수 있는 AI 기반 ’전자 코(e-nose)’를 개발했다고 10일(현지시간) 네덜란드 IT 전문매체 TNW 등 외신이 보도했다. NTU 연구진은 중국 장난대‧호주 모내시대 연구진과 협력해 이번 연구를 공동 수행했다.
전자 코는 포유류 코를 모방한 인공 후각 시스템이다. 이 시스템은 포유류가 가스 냄새 감지로 육류의 부패 여부를 알아내는 방식에서 영감을 얻어 설계됐다. 전자 코는 고기가 부패하면서 생성되는 가스에 반응해 시간이 지날수록 색이 변하는 ‘바코드’와 AI로 구동되는 스마트폰 앱 형태의 ‘바코드 판독기’로 이뤄졌다.
전자 코 시스템 바코드는 20개의 바로 구성된다. 각 바는 키토산(chitosan)으로 만들어졌으며 각기 다른 염료를 함유하고 있다. 염료는 육류 부패 시 방출되는 가스와 반응하면서 가스의 종류와 농도에 따라 색을 변화시킨다.
즉, 육류의 상태와 관련해 ‘냄새 지문’과 같은 역할을 하는 고유한 색상 조합을 만들어낸다. 그러면 바코드 판독기는 AI를 이용해 바코드의 색상 조합을 해석하는 것이다.
예를 들어 바코드의 첫 번째 바에는 약한 산성의 노란색 염료가 들어있다. 이 노란색 염료는 고기가 썩을 때 발생하는 질소 함유 화합물(바이오아민)에 노출되면 이 화합물과 반응해 파란색으로 변하게 된다. 고기가 부패될수록 바이오아민 농도가 증가함에 따라 색상의 농도 역시 변화하는 원리다.
전자 코의 심층 합성곱신경망(콘볼루션 신경망‧CNN) AI 알고리즘은 대규모 바코드 색상 라이브러리에서 바코드 이미지를 기반으로 육류 신선도를 인식하고 예측하도록 훈련받았다. 연구팀은 전자 코를 휴대할 수 있도록 스마트폰 앱과 통합해 AI 알고리즘으로 바코드 패턴을 스캔‧분석함으로써 30초 이내로 육류의 신선도를 측정한다. 연구팀은 육류 신선도를 결정하는 국제 표준을 토대로 신선함‧덜 신선함‧상함 등의 분류체계를 고안했다.
(사진=Nanyang Technological University).
연구팀은 시중에 나온 유통기한이 지난 닭고기와 쇠고기, 생선 등의 샘플을 대상으로 테스트한 결과 전자 코의 AI 알고리즘이 육류 신선도를 예측하는 데 평균 약 98.5%의 정확도를 달성했다고 설명했다. 특히 AI 알고리즘은 상한 고기를 100%의 정확도로 찾아냈다. 이 밖에 신선한 고기나 덜 신선한 고기를 식별해내는 데에도 96~99%의 정확도를 보였다.
이번 연구 논문의 공동저자인 첸샤오동 교수는 이 AI 앱이 소비자들에게 유통기한 라벨보다 더 도움을 줄 것이라고 말한다. 식품의 소비 가능 여부를 정확히 알려줌으로써 비용 절감과 음식물 쓰레기 감축 및 환경 보호에도 기여할 수 있다는 이야기다. 또 해당 시스템은 포장재에 쉽게 접목될 수 있는 데다 바코드도 생분해성‧무독성이기 때문에 식품 신선도 보장을 위한 식품 공급망 어디에나 안전하게 적용될 수 있다는 게 연구진의 설명이다.
연구진은 식품 신선도를 실시간으로 모니터링할 수 있는 이번 기술‧방법과 관련해 특허를 출원한 상태다. 더불어 부패하기 쉬운 다른 종류의 식품으로 적용 대상을 확대하고자 싱가포르의 한 영농기업과 협력하고 있다. 이번 연구 논문은 최근 저명 국제학술지인 ‘어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materials)’에 실렸다.
