مهندسی بیوسیستم ایران
سال:1403 | دوره:55 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

مدلسازی یادگیری ماشین می تواند به غلبه بر برخی از محدودیت های حسگرهای گازی، مانند شرایط عملیاتی سخت، خطاهای رانش، انتخاب محدود، نیاز به مقدار زیادی از داده های برچسب گذاری شده و چالش های هزینه و ساخت کمک کند. در این پژوهش یک سامانه بینی الکترونیک جهت تشخیص کشمش آفتابی، گوگردی و تیزابی ساخته شد. تیمارها شامل سه تیمار آفتابی، تیزابی و گوگردی هرکدام در سه تکرار آماده شدند و هرکدام 60 دقیقه در معرض حسگرهای بویایی قرار گرفتند تا پاسخ حسگرها به هر کدام از تیمارها ثبت شود. سپس داده های بدست آمده از پاسخ حسگرها توسط مدل های یادگیری ماشین مورد بررسی قرار گرفتند تا دقت مدلسازی هر روش مشخص شده و مورد بررسی قرار گیرد. نتایج نشان داد مدل رگرسیون گرادیان افزایشی استفاده شده با ضریب تبیین 9972/0، ریشه میانگین مربعات خطای 0209/0، میانگین مطلق خطای 0026/0 و ریشه میانگین مربعات خطای نسبی 0209/0 برای داده های آزمون توانسته است پاسخ حسگرهای گازی را به خوبی نسبت به تیمارهای معرفی شده مدلسازی کند. همچنین با بررسی و تحلیل نتایج بدست آمده، نوع و میزان همبستگی بین پاسخ حسگرها نسبت به هم و نسبت به زمان مشخص شد تا در پیش بینی رفتار آنها مورد ارزیابی قرار بگیرد. سپس با مدلسازی انجام شده مشخص شد حسگرهای MQ9، MQ3، MQ5، TGS2620  به ترتیب با ضرایب تبیین 8668/0، 8786/0، 9458/0 و 9074/0 و ریشه میانگین مربعات خطای 0163/0، 0168/0 ، 0083/0 و 0227/0 پاسخ های دقیق تر و پیش بینی پذیرتری نسبت به حسگرهای MQ135، TGS822، TGS810 و MQ4  نشان دادند.

دارچین یکی از ادویه های مهم است که دارای خواص دارویی نیز می باشد. تشخیص تقلب در پودر دارچین با استفاده از روش‏های آزمایشگاهی پرهزینه، زمان بر و نیازمند متخصص است. هدف از تحقیق حاضر تشخیص تقلب در پودر دارچین با استفاده از تصویربرداری فراطیفی است. تصویربرداری فراطیفی به طور گسترده ای در ارزیابی کیفیت مواد غذایی استفاده شده است. در پژوهش حاضر تعداد 15 نمونه دارچین با سطوح تقلب 0، 5، 15، 30 و 50 درصد تهیه گردید. مواد تقلبی شامل آرد نخود، آرد گندم و کف دریا بوده که به طور جداگانه مورد استفاده قرار گرفتند. سامانه تصویربرداری فراطیفی نور ساتع شده از نمونه‏ها در محدوده مرئی و فروسرخ نزدیک از طول موج 400 تا 950 نانومتر را دریافت و به صورت تصویر فراطیفی در رایانه ذخیره نمود. پس از انتخاب طول موج‏های موثر و استخراج ویژگی از تصاویر، ویژگی‏های کارا انتخاب و با استفاده از روش ماشین بردار پشتیبان طبقه‏بندی شدند. نرخ طبقه‏بندی صحیح مدل طبقه بند با راهبرد یکی در برابر یکی در طبقه‏بندی ویژگی‏های کارای انتخاب شده از تصاویر فراطیفی مرتبط با نور ساتع شده از نمونه‏ها در محدوده مرئی و فروسرخ نزدیک به منظور تشخیص تقلب آرد گندم، نخود، و کف دریا در دارچین به ترتیب برابر 55/95، 56/85، و 66/96 درصد و نرخ طبقه‏بندی صحیح آن با راهبرد  یکی در برابر همه به ترتیب برابر 88/78، 77/77، و 44/94 درصد بود.

کورکومین به عنوان یک ترکیب طبیعی هیدروفوب دارای خواص ضد میکروبی و ضد سرطانی می باشد، اما پایداری کم و حساسیت بالای آن باعث محدودیت زیست فراهمی این ترکیب شده است. هدف از این پژوهش طراحی هیدروژل پروتئین و موسیلاژ دانه چیا جهت درون پوشانی کورکومین است. درون پوشانی این ترکیب در ساختار هیدروژل، می تواند روشی موثر برای محافظت این ترکیب طی شرایط هضم دستگاه گوارشی باشد. به همین منظور ابتدا هیدروژل پروتئین و موسیلاژ 5/12 درصد از نظر خصوصیات بافتی بهینه شد. رفتار رهایش کورکومین در دو شرایط شبیه سازی معده و روده برای هیدروژل های پروتئین و موسیلاژ 5/7 درصد و 5/12 درصد مورد ارزیابی قرارگرفتند. نتایج نشان داد که کورکومین بارگذاری شده در هیدروژل پروتئین و موسیلاژ 5/12 درصد، پایداری بهتری نسبت به کورکومین آزاد در طول عملیات حرارتی و نوری دارد. نتایج مربوط به رهایش کنترل شده در شرایط آزمایشگاهی نشان داد که مقدار کلی رهایش کورکومین در طی هضم معده – روده ای برای نمونه حاوی 5/7 درصد پروتئین و موسیلاژ، 71/60 درصد و برای نمونه حاوی 5/12درصد پروتئین و موسیلاژ، 30/27 درصد بود، در نتیجه سرعت رهایش کورکومین با افزایش غلظت موسیلاژ در شرایط شبیه سازی شده معده و روده کاهش یافت که می تواند نشان دهنده توانایی خوب هیدروژل های ترکیبی برای حفاظت از کورکومین در شرایط معده-روده و رسانش آن به روده بزرگ باشد. رفتار رهایش کورکومین در شرایط دستگاه گوارش از نوع انتشار فیکی بود.

تشخیص اختصاصی نوع و شدت تنش های غیر زیستی گیاه به منظور انجام اقدامات به موقع به جلوگیری از کاهش عملکرد کمک می کند. این مطالعه روش جدیدی را برای تشخیص نوع و شدت تنش در گیاه برنج در شرایط شوری، خشکی و گرما به کمک بررسی ترکیبات microRNA معرفی می کند. در این پژوهش، غلظت هشت ترکیب microRNA در بافت گیاهان قرار گرفته تحت تنش های فوق به کمک یک زیست حسگر نوری مبتنی بر نانوذرات طلا اندازه گیری شد. اساس کار این زیست حسگر بر اساس هیبریدیزاسیون پراب-ترکیب هدف بود که در آن، اختلاط پراب/نانوذرات طلای پوشش داده شده با سیترات (ترکیب 1) و microRNA/نانوذرات پوشش داده شده با پلی اتیلن ایمین (ترکیب 2) منجر به تجمع نانوذرات و تغییر ویژگی های طیف سنجی نمونه می شد. در ادامه، از روش های یادگیری ماشین برای پیش بینی نوع و شدت تنش با داشتن این غلظت ها استفاده شد. نتایج نشان داد که ماشین بردار پشتیبان بهینه شده توسط الگوریتم ژنتیک با عملکرد مناسب و به ترتیب با ضرایب تبیین 94/0، 91/0 و 86/0 توانایی تشخیص سطح تنش شوری، خشکی و گرمای وارده به گیاهان برنج را داشت. در ادامه، نتایج انتخاب ویژگی مبتنی بر نظریه بازی های مشارکتی نشان داد که در میان ترکیبات microRNA مورد مطالعه، miRNA-156، miRNA-393، و miRNA-159 به ترتیب بیشترین سهم را در پیش بینی تنش های خشکی، شوری و گرما در گیاه برنج داشتند. نتایج تحقیق نشان می دهد که بررسی ترکیبات microRNA گیاه به کمک زیست حسگرهای نوری می تواند منجر به ویژگی های قابل اعتمادی برای تعیین شرایط رشد گیاهی و تنش های گیاه در مراحل اولیه ظهور شود.

تبدیل منابع زیست توده مانند پسماندهای کشاورزی می تواند عرضه انرژی را افزایش داده و ترکیب انرژی را ارتقا دهد. یکی از روش های اصلی تهیه سوخت جامد برای اهداف انرژی، فشرده کردن بقایای خردشده به شکل بریکت است. در این مطالعه مدل سازی و بهینه سازی اثر پیش تیمار ازن در تولید بریکت سوختی باگاس با استفاده از پرس هیدرولیکی به روش پاسخ سطح (RSM) انجام شد. اثر متغیرهای مستقل شامل اندازه ذرات باگاس (کوچک­تر از 18/1، 18/36-1/2 و 36/2-75/4 میلی متر)، دمای فرآیند بریکت سازی (280، 320 و 360 درجه سلسیوس)، رطوبت باگاس در فرآیند ازن دهی (20، 35 و 50 درصد) و مدت زمان ازن دهی (15، 25 و 35 دقیقه) بر پاسخ های خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی بریکت مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که رطوبت ذرات باگاس نقش مؤثری در پیش تیمار ازن دهی داشت. با افزایش رطوبت تا حدود 30 درصد، چقرمگی بریکت افزایش و با افزایش رطوبت تا 50 درصد، چقرمگی کاهش یافت. ارزش حرارتی بریکت از طریق معادلات تجربی صحه گذاری شده با استفاده از آنالیز تقریبی محاسبه شد. یافته ها نشان داد که پیش تیمار ازن، ارزش حرارتی بریکت ها را در مقایسه با نمونه های بدون پیش تیمار افزایش می دهد. شرایط بهینه تولید بریکت در مدت زمان ازن دهی 15 دقیقه، اندازه ذرات باگاس کوچک تر از 18/1 میلی متر، رطوبت باگاس 448/33 درصد و دمای قالب 280 درجه سلسیوس تعیین شد. مقدار بهینه پاسخ های چگالی و چقرمگی بریکت به ترتیب برابر با 310/982 کیلوگرم بر مترمکعب و 934/249 کیلوپاسکال بود. به طور کلی، پیش تیمار ازن دهی موجب بهبود ویژگی های بریکت سوختی باگاس نیشکر گردید.

پایان پذیری سوخت های فسیلی، مشکلات زیست محیطی و تغییر اقلیم، توسعه انرژی های تجدید پذیر به ویژه انرژی باد را ضروری می سازد. چالش اصلی در توسعه انرژی بادی انتخاب محل مناسب برای نیروگاه است که زبری زمین نقش مهمی دارد. این پژوهش با هدف اولویت بندی مناطق مستعد از نظر زبری زمین با استفاده از سنجش از دور در کیاشهر انجام شد. نتایج طبقه بندی کاربری اراضی توسط الگوریتم SVM بین سال های 2000 تا 2020 نشان دهنده تغییرات 66/2957 هکتاری زمین های منطقه بود. برای تهیه نقشه زبری زمین از نقشه های پیش بینی شده توسط مدل سلول های خودکار مارکوف برای سال 2030 استفاده شد تا نتایج برای سال های آینده کاربردی باشد. نقشه شبیه سازی شده بر اساس اطلاعات طول زبری ویرینگا شبکه بندی شد تا نقشه های طول زبری و کلاس های زبری تولید شود. نتایج نشان داد 84 سلول معادل 98/1363 هکتار در دو کلاس اول و دوم دارای بهترین پتانسیل برای احداث نیروگاه بادی هستند. همچنین، نقشه های کاربری اراضی در سال 2030 نشان داد که بخش زیادی از منطقه دارای کاربری زراعی و بیشتر تحت کشت برنج است. این نواحی تنها در 2 ماه از سال دارای طول زبری 25/0 متر بوده و در بقیه سال طول زبری های 1/0 متر (کلاس 4) و 03/0 متر (کلاس 3) را تجربه می کنند. در مجموع، با در نظر گرفتن طول زبری تا 25/0 متر، 552 سلول معادل 36/8963 هکتار برای احداث نیروگاه بادی مناسب تشخیص داده شد. یافته های این تحقیق می تواند به شناسایی مناطق مستعد احداث نیروگاه بادی و مدل سازی سرعت باد در نزدیکی هاب توربین های بادی کمک کند.