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Elektronische Zunge: Neue Aufgaben für den Computer

16.08.2016 | 12:01 Uhr |

Wenn Schokolade auf Ihrer Zunge schmilzt, ist das ein sinnliches, subjektives Geschmackserlebnis. Essen Sie aber mehrere Sorten hintereinander, würden Ihre Geschmacksnerven versagen und Sie könnten den Geschmack nicht mehr zuverlässig erkennen. Anders die Elektronische Zunge.

Die Elektronische Zunge ist ein kleines Gerät, das man in der Lebensmittel-, Getränke und Pharmaindustrie einsetzt, um ohne Ermüdungserscheinungen und Sättigungseffekt Qualität und Geschmack von Nahrung, Flüssigkeiten und Medikamenten testen zu können. Mit diesen objektiven Ergebnissen ließe sich eine Weltgeschmacksdatenbank aufbauen.

Interessanterweise leben wir ja in einer Welt voller Ionen, ohne es zu merken. Ein Sinnesorgan haben wir dafür nicht entwickelt. Trotzdem ist überall, wo ein Hauch Feuchtigkeit oder auch mehr vorhanden ist, mit Ionen zu rechnen. Dort können Mensch, Getier und Pflanzen einen Lebensraum finden und entwickeln.

Es gibt natürlich noch mehr Vorgänge der Dissoziation (Zerfall) in Ionen, beispielsweise über Säuren und Basen, so dass der Materiezustand als elektrisch geladene Teilchen und Stoffe ziemlich umfassend und allgegenwärtig ist.

Die Elektronische Zunge

Der ionisierte Zustand lässt sich nun mit einer Elektronischen Zunge über elektrochemisch schwachselektiv generierte elektrische Spannungen beschreiben [1]. Dies öffnet ganz neue Welten, weil die Beschreibung und ihre Wiedererkennung durch ein einfaches technisches Gerät für jeden machbar sind. Damit wird der Zugang zu allen Objekten, die Ionen enthalten oder in diesen Zustand gebracht werden können, populär im Wortsinne.

Und da nun der Computer ebenfalls weit verbreitet ist, ergibt er in Kombination mit der Elektronischen Zunge ein nahezu unschlagbares Duo. Alles, was an Berechnungen, Algorithmen und den dazugehörigen und noch zu verbreitenden Apps möglich ist, erzeugt eine enorme Schlagkraft für die Erfassung und Gestaltung der uns umgebenden Welt und unseres eigenen Lebens.

Das kann nicht hoch genug angesetzt werden.

Involvierung des Computers

Nimmt man zur Messung von Ionenkonzentrationen sogenannte Ionensonden, werden die Konzentrationen selektiv für die betreffenden Ionenarten erfasst. Ärgerlich sind nur Querempfindlichkeiten. Für jedes Ion ist eine Elektrode erforderlich. Dazu wird ein Messgerät, beispielsweise mit Zeigerausschlag, eingesetzt. Die hier favorisierte Messung von Ionen liefert an jeder sogenannten schwachselektiven Elektrode eine Breitbanderfassung als Muster aller vorhandenen Ionen und schließt damit auch alle Querempfindlichkeiten mit ein. Zur Bearbeitung dieser Messinformation ist die mathematische Theorie der Objekt- bzw. Mustererkennung angesagt.

Und schon ist man beim Computer. Ohne ihn sind die erforderlichen Klassifizierungsgänge nicht recht in den Griff zu kriegen. Diese Klassen werden aus den elektrochemisch schwachselektiv generierten elektrischen Spannungen an den Elektroden als sogenannte Vektorkomponenten gebildet, wobei sich diese Spannungen nach Digitalisierung sofort in jedes heutige PC-System einspeisen lassen.

Umfangreicher Wissensfundus

Die erfassbaren Objekte, die Ionen enthalten oder die in diesen Zustand gebracht werden können sowie die Anzahl der Nutzer sind nahezu unendlich. Das ergibt einen riesigen Wissensfundus, wenn die Ionenobjekte erfasst, bearbeitet, variiert, analysiert und synthetisiert, d.h. neu gestaltet werden. So werden alle Bereiche des Lebens durchdrungen, und das Anschauen bzw. Hineinschauen in diese Welt ist gleichsam eine neue, aber objektive Weltschau - gewissermaßen eine neue objektive Weltanschauung.

Um dies zu erreichen, ist die neue Beschreibungsebene über die bereits genannten elektrochemisch schwachselektiv generierten elektrischen Spannungen als Vektor nutzbar, was einen vereinfachten populären Zugang für alle ermöglicht. Die Menschen werden mündig, an der Beherrschung dieses Wissensfundus selbst teilzuhaben, was das Bildungsniveau der Menschheit generell anhebt und das unendlich verbreitete Halbwissen, Daranglauben und Spekulationen durch Objektivierung egalisieren könnte.

Das zumindest als Denkansatz und Hoffnung und deshalb zunächst im Konjunktiv.

Aufgaben für Computerfreaks

Einführung der neuen Beschreibungsebene mittels autorisierter und zertifizierter Elektronischer Zungen über Apps

Diese Maßnahme gestattet, die in Frage kommenden Ionenobjekte auch am Computer zu bearbeiten. Eine Vektorzeile der elektrischen Spannungen bzw. daraus abgeleiteter transformierter Werte ist damit das Äquivalent, mit dem Modell und Programme erstellt werden. Anstelle eines Wortes oder Begriffes aus der Sprache steht dann dieses Quasiwort. Es ist unabhängig von den einzelnen Sprachen auf der Welt und reduziert damit deren tausendfache Vielfalt auf 8, 16 oder 32 Ziffern, je nachdem, welche Elektronische Zunge eingesetzt ist.

Verschiedene Beschreibungsebenen eines ionenhaltigen Objekts, wobei nur die teure, aber genaue chemisch-physikalische Analytik und die populäre, aber vielfach ausreichende Kennung über elektrochemisch erzeugte elektrische NERNST-Spannungen objektiv sind.
Vergrößern Verschiedene Beschreibungsebenen eines ionenhaltigen Objekts, wobei nur die teure, aber genaue chemisch-physikalische Analytik und die populäre, aber vielfach ausreichende Kennung über elektrochemisch erzeugte elektrische NERNST-Spannungen objektiv sind.
© Horst Ahlers

Dabei sind die originalen Spannungswerte dieses Vektors von der Konstruktion und den verwendeten Elektrodenmaterialien abhängig. Zur elektrischen Vektorzeile muss somit die messende Elektronische Zunge angegeben werden; deren Standardisierung ist zur Begrenzung einer Vielfalt empfehlenswert. Die Umrechnung der Werte einer Elektronischen Zunge in eine zweite ist dabei eine durchaus realisierbare Option.

Für die Ausarbeitung von Apps steht somit die neu eingeführte populär handhabbare Beschreibungsebene als Grundlage jeder Involvierung eines Computers zur Verfügung.

Bestandsaufnahme und Ablegen im elektronischen Datenspeicher

Die Einführung der neuen Beschreibungsebene für Ionenobjekte verlangt, das Vorhandene nicht wie bisher mit chemischen und physikalischen Daten, Symbolen und Formeln allein zu charakterisieren, sondern zusätzlich die elektrochemisch schwachselektiv generierten elektrischen und damit breitbandigen, nach NERNST zu benennenden Spannungen zur Zustandsbeschreibung heranzuziehen [2][3]. Diese gestatten den populären Zugriff.

Das aber ist eine Mammutaufgabe. Deshalb ist zweckmäßigerweise mit dem anzufangen, was den größten Effekt verspricht. Das sind die menschliche Ernährung und die Gesundheit [4].

Computergestützte Wiedererkennung mittels der mathematischen Objekt- bzw. Mustererkennungstheorie

Zur Wiedererkennung der in einem elektrischen Speicher abgelegten Zustandsbeschreibungen als Klassen mit den zutreffenden Merkmalen bzw. Vektorkomponenten steht eine recht gut ausgearbeitete Mathematik zur Verfügung. Dazu gehören Diskriminanzanalyse, Fuzzy Sets, Bayes-Klassifikator, Neuronale Netze und Mahalanobis-Abstand. Weiterführende Verfahren stehen zur Verfügung [5].

Der Aufbau der Elektronischen Zunge verknüpft die Anzahl der Objektmerkmale mit der Anzahl der Messkanäle bzw. Elektroden des Messkopfes. Mit Hilfe von Arbeitspunktsteuerungen gewonnene Merkmale und/oder aus dem Messkurvenverlauf ermittelte zusätzliche Merkmale können dazukommen. Dadurch ist eine recht große Mehrdimensionalität vorhanden. Welche Merkmale ein Objekt letztendlich ausreichend beschreiben, muss ermittelt werden.

Computergestützte Deklarations- bzw. Authentizitätskontrolle für eine umfassende Qualitätssicherung der menschlichen Ernährung

Dieser Problematik widmen sich viele Institutionen und Firmen. Untersuchungsmethoden sind beispielsweise die DNA-Analyse, Massenspektrometrie und Isotopenverfahren. Das sind große Kanonen, die Geld und Zeit kosten.

Für den Verbraucher ist der Vergleich mit einer autorisierten Kennung das Mittel der Wahl. Dafür wird das Lebensmittel mit dem Messkopf einer Elektronischen Zunge angetastet. In Bruchteilen einer Sekunde werden die Vektorkomponenten erfasst und angezeigt. Aus einem elektronischen Datenspeicher wird die Original-Kennung besorgt, die am besten übers Internet zur Verfügung zu stehen hat, und mittels Computerprogramm verglichen. Das ist heutzutage für jeden machbar bzw. kann durch Computer im Hintergrund vorbereitet werden.

Diese Prozedur geht nicht bis zu den Atomen und Molekülen herunter. Sie ist dafür aber ohne Bemühen und Bezahlen eines Labors im täglichen Leben hilfreich. Zumindest wird das subjektive Testen von Lebensmittelqualitäten in ein objektives überführt und ist dadurch ein echter Beitrag, Ernährung sicherer zu machen [6][7].

Computergestützte Erfassung krankheitsverursachter Schäden in menschlichen, tierischen und pflanzlichen Körpern

Diese Möglichkeit, an der Verbesserung der menschlichen Konstitution mitzuarbeiten, folgt aus den Ionenveränderungen bei Normabweichung eines gesunden Zustands zu einem krankhaften. Doch auch bei Tieren und Pflanzen, die für die menschliche Ernährung verwendet werden und die die Gesundheit des Menschen beeinflussen, ist die Methode erfolgreich.

Mit anderen Worten bedeutet das eine umfassende Beschreibung der lebenden Welt und objektive Auswahl der gesundheitsfördernden Teilmengen.

Das aber ist eine bereits genannte Mammutaufgabe (Weltgeschmacksdatenbank) und wird die Menschheit noch lange beschäftigen, um sie auf ein objektives Niveau ohne Vermutungen, Reklameaussagen und Behauptungen zu heben. Begleiten und sichern wird sie dabei der Computer, der dies alles erfasst und nach dem Einpflegen zur Verfügung stellt.

Design neuer optimierter Objekte mit vorgegebenen Eigenschaften über syntheseunterstützende Computermodelle

Eine solche Aufgabe ist dem Menschen ursächlich auf den Leib bzw. Verstand geschrieben. Er hat bisher die Welt gestaltet und wird es auch weiterhin tun wollen. Dafür hilft ihm jetzt die vereinfachte, für breite Volksschichten zugängliche Beschreibungsebene. Er kann Eigenschaften vorgeben und anhand der Vektorkomponenten ihre gezielte Realisierung betreiben.

Es besteht nur die Gefahr, dass der Mensch das nicht nur zum Segen des Allgemeinwohls, sondern zu seiner Machtentfaltung nutzt. Die bisherige Menschheitsentwicklung hat ja gezeigt, dass man natürlich sowohl das eine als auch das andere erwarten kann.

Am Beitrag mitgearbeitet hat Dipl.-Ing. Rolf-Dietrich Berndt , seit 25 Jahren IT-Unternehmer und Geschäftsführer der Infokom . Von ihm gibt es Veröffentlichungen zur Telematik-Plattform Infokom, außerdem hat er einen Patent-Pool eingerichtet.

Literatur

[1] H. Ahlers: Wenn es auf der Zunge kribbelt . Einführung einer neuen Beschreibungsebene für ionenhaltige Objekte. Laborpraxis (2016) 3, S. 28 - 30

[2] H. Ahlers, Ch. Keil: Geschmacksdatenbank sichert Welterbe. Elektronische Fingerprints können den Geschmack beschreiben und speichern. Teil 3. Fleischwirtschaft (2015) 3, S. 100 - 103

[3] ] H. Ahlers, Ch. Keil: Geschmack-Datenbank . SPS-Magazin (2015) 6, S. 900

[4] www.multisensoric.de

[5] Googlesuche. Objekt-bzw. Mustererkennung/Klassifizierungen

[6] H. Ahlers, R. Reisch, Lei Wang: Elektronisch riechen, schmecken etc. Elektronische Sinnessensorik für Lebensmittel, Medizin, Umwelt und Technik . 2010. Behr´s Verlag, Hamburg; Beuth-Verlag, Berlin, Wien, Zürich

[7] ] H. Ahlers, Ch. Keil, T. Keil: Innovative Sensorik mit der Sensoriccard. Qualitätskontrolle eines Lebensmittels für Jedermann und Jederfrau mittels der Elektronischen Zunge. Food Lab (2015) 4, S. 20 - 23

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