AI技術(shù)走進(jìn)食品安全

□ 魯鄒堯 施曉予 北京明略軟件系統(tǒng)有限公司

這是2040年尋常的一天：清晨時分，采摘機(jī)器人準(zhǔn)備出發(fā)了，它今天要完成的任務(wù)是采摘5000個番茄。自動識別果實(shí)成熟度后，采摘機(jī)器人熟練、輕巧地伸出機(jī)械手臂進(jìn)行采摘并將番茄運(yùn)輸?shù)郊庸ぼ囬g。番茄被輕輕地倒在了流水線上，迎接它的首先是一臺攝像機(jī)——通過圖像識別，個頭偏小、顏色不夠紅潤、有蟲洞的“同伴”被篩選分流出來。幸運(yùn)的是，它是一顆優(yōu)秀的番茄，沒有任何瑕疵與缺陷，經(jīng)過清洗它被送進(jìn)了粉碎機(jī)。通過對番茄漿的實(shí)時在線檢測發(fā)現(xiàn)，這批番茄甜度較高，而甜度定級就此自動完成。番茄醬罐裝封瓶后被送上了駛向餐廳的貨車，貨車上搭載的智能冷鏈系統(tǒng)為番茄醬提供了既保鮮又節(jié)能的環(huán)境。接著，路徑規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)合實(shí)時路況，為它們規(guī)劃了最便捷的行駛路線。

到了餐廳，已經(jīng)變身為番茄醬的番茄發(fā)現(xiàn)餐廳里擺放著一臺電視機(jī)，從屏幕中能夠看見廚房工作人員的操作情況：一位幫廚進(jìn)入廚房忘了帶口罩，隨即廚師長收到了提醒，找到幫廚并提醒他，幫廚匆匆忙忙帶上口罩后繼續(xù)操作手中的工作。番茄看到來來往往的點(diǎn)餐、送餐機(jī)器人，當(dāng)顧客不知道該點(diǎn)哪些具體食物時，點(diǎn)餐機(jī)器人會指引顧客選擇想吃的食物類型，結(jié)合顧客的身高體重進(jìn)行分析就能得到一份膳食均衡的推薦菜單。終于，有一位客人選擇了番茄醬，番茄激動不已，自己的使命馬上就能完成了，作為一顆從無人種植大棚里采摘出來的番茄，它對自己的一生感到無比驕傲。

雖然這只是一個想象的故事，但故事來源于生活，而它的實(shí)現(xiàn)離不開人工智能技術(shù)。近幾年，隨著人工智能的高速發(fā)展，其應(yīng)用場景也愈發(fā)廣泛，讓傳統(tǒng)行業(yè)如農(nóng)業(yè)、食品行業(yè)得益于此并逐漸進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的同時，也改變著大眾對其的傳統(tǒng)認(rèn)知。

1 什么是人工智能技術(shù)

人工智能（Artificial Intelligence），也就是人們常說的“AI”，其早在1950年就被提出，計(jì)算機(jī)科學(xué)先驅(qū)Alan Turing將AI描述為：“未來終將有那么一天，人類能夠與機(jī)器進(jìn)行無障礙交流?！盇I是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)，該領(lǐng)域的研究包括：自然語言處理（natural language processing），即接收知識、理解知識；知識表示（knowledge representation），即存儲知識；自動推理（automated reasoning），即運(yùn)用存儲的信息回答問題并得出結(jié)論；機(jī)器學(xué)習(xí)（machine learning），即與現(xiàn)有知識的連結(jié)，長期、持續(xù)地適應(yīng)新變化；計(jì)算機(jī)視覺（computer vision），即感知外界；機(jī)器人學(xué)（robotics），即操縱移動對象及與外界的交互等。簡而言之，人工智能就是指讓機(jī)器像人一樣思考，像人一樣決策，像人一樣行動。人工智能技術(shù)善于收集、分析與闡釋大量的數(shù)據(jù)，而如此體量的數(shù)據(jù)是人類窮極一生都無法完成的，所以有人稱“人工智能將引領(lǐng)人類第四次工業(yè)革命——智能化”。人工智能可以分為3類——弱人工智能、通用人工智能及強(qiáng)人工智能。弱人工智能可完成包含基礎(chǔ)的、特定場景下的角色型任務(wù)；通用人工智能可完成包含人類水平的任務(wù)，涉及機(jī)器的持續(xù)學(xué)習(xí)；強(qiáng)人工智能則是指比人類更聰明的機(jī)器。目前，弱人工智能是人類創(chuàng)造的唯一一種人工智能，它擅長語音和圖像識別，能完成一些簡單的單項(xiàng)任務(wù)，如Siri聊天機(jī)器人和AlphaGo下棋機(jī)器人等。

那么，這些機(jī)器人又是如何完成這些簡單任務(wù)的呢？這就源于機(jī)器學(xué)習(xí)，其是指讓計(jì)算機(jī)在不斷獲取更多數(shù)據(jù)的情況下，隨著時間的推移能夠改善軟件性能的算法。與預(yù)先編寫好、只能按照特定邏輯去執(zhí)行指令的軟件不同，機(jī)器學(xué)習(xí)用算法解析數(shù)據(jù)，并從中汲取知識與經(jīng)驗(yàn)，然后對某些事物做出決定或預(yù)測。機(jī)器學(xué)習(xí)算法包括決策樹、歸納邏輯編程、聚類算法及貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等等，但目前大部分科學(xué)家認(rèn)為模擬人類大腦運(yùn)作過程的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是使機(jī)器學(xué)習(xí)取得進(jìn)步的最好算法。

2 人工智能在食品行業(yè)中的應(yīng)用

2.1 人工智能在優(yōu)化生產(chǎn)流程中的應(yīng)用

目前，人工智能在優(yōu)化生產(chǎn)流程中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)視覺方面，即通過采集目標(biāo)圖像進(jìn)行圖像處理和識別，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品品質(zhì)檢測、產(chǎn)品分類等功能。

2.1.1 食品分揀

在接收新鮮食品原材料的過程中，分揀程序可以說是最耗時的環(huán)節(jié)之一。在傳統(tǒng)食品行業(yè)中，往往采用人工方法篩選病果、蟲果和異物，但這種做法效率較低，而且有可能造成食品的二次污染。因此，目前有公司正在開發(fā)基于計(jì)算機(jī)視覺檢測技術(shù)的食品分揀系統(tǒng)——利用照相機(jī)和近紅外傳感器拍攝照片，通過圖像識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)篩選次品與異物，同時應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)實(shí)現(xiàn)物品的自動分揀與包裝。如此看來，人工智能技術(shù)在食品分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用有助于解放勞動力，優(yōu)化企業(yè)能耗，提高生產(chǎn)效率并改善產(chǎn)品質(zhì)量，最終提升食品安全水平。

2.1.2 食品加工

通過對食品加工生產(chǎn)全過程進(jìn)行監(jiān)測，采集多個傳感器的數(shù)據(jù)，構(gòu)造出基于學(xué)習(xí)功能的生產(chǎn)過程監(jiān)測器。該監(jiān)測器主要通過機(jī)器學(xué)習(xí)、語音識別、視覺識別等方式來分析、調(diào)節(jié)和改進(jìn)生產(chǎn)過程中的參數(shù)，預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量，從而改進(jìn)自動設(shè)置和調(diào)整加工過程的參數(shù)。傳統(tǒng)食品由于生產(chǎn)過程中缺少有效監(jiān)控，僅基于經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行產(chǎn)品加工控制，不能按需調(diào)整參數(shù)，往往導(dǎo)致能源浪費(fèi)嚴(yán)重。利用人工智能優(yōu)化控制系統(tǒng)對食品生產(chǎn)全過程進(jìn)行監(jiān)測，能在保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率的同時顯著降低企業(yè)生產(chǎn)成本，進(jìn)而提高企業(yè)的市場競爭力。

2.1.3 供應(yīng)鏈管理

目前，國內(nèi)冷鏈物流的應(yīng)用較國外而言，覆蓋面較小且效率低下。為了提升冷鏈效率，利用大數(shù)據(jù)、人工智能算法及機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行自動配載，有助于實(shí)現(xiàn)物流運(yùn)輸路線優(yōu)化，從而大大降低物流成本。此外，人工智能在供應(yīng)鏈的應(yīng)用中還可以用來準(zhǔn)確預(yù)測食品庫存，便于管理定價或食品溯源——跟蹤產(chǎn)品“從農(nóng)場到餐桌”的全過程，保證食品供應(yīng)鏈的透明度。此外，對供應(yīng)鏈的智能管理還有利于提升企業(yè)經(jīng)營效率，降低企業(yè)庫存和供應(yīng)鏈成本。

2.2 人工智能在餐飲行業(yè)的應(yīng)用

隨著人工智能逐漸成為當(dāng)今的熱點(diǎn)話題，不少餐飲公司也將其融入到自身的服務(wù)中，這一做法為他們帶來了不小的收益。一方面，人工智能技術(shù)在給餐廳帶來特色服務(wù)的同時吸引了更多的年輕顧客；另一方面，其讓餐飲行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化，而智能化又可以幫助餐飲業(yè)節(jié)約人工成本，降低經(jīng)營成本，以及提升管理績效。

2.2.1 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化

以炒菜機(jī)器人為例，其通過機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像識別等技術(shù)能夠模仿食品的風(fēng)味并進(jìn)行控制，從而獲得一致性更高的大眾風(fēng)味。較傳統(tǒng)餐飲業(yè)的菜品口味由廚師自身經(jīng)驗(yàn)決定相比，炒菜機(jī)器人更容易控制調(diào)味品用量，且能輕易地做到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化口味，使產(chǎn)品更加精細(xì)化的同時也節(jié)約了人工成本。

2.2.2 增進(jìn)消費(fèi)者洞察

每一家餐廳都有自己的餐廳云系統(tǒng)——可以對當(dāng)天的盈利進(jìn)行總結(jié)和分析，為餐廳的整體發(fā)展方向做出有效指導(dǎo)。對比傳統(tǒng)餐廳，人工智能可以進(jìn)行全方位的分析整理，然后再為餐廳經(jīng)營者提出更為合理的管理建議，從而調(diào)整餐廳的運(yùn)營規(guī)劃，比如，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)開展用戶關(guān)系管理、對人流的監(jiān)測實(shí)現(xiàn)餐廳布局優(yōu)化等等?？梢姡斯ぶ悄苋绻\(yùn)用得當(dāng)，可以在很大程度上提高餐飲企業(yè)的運(yùn)行效率。

人工智能還可以通過大數(shù)據(jù)和云服務(wù)將每一位顧客在餐廳的用餐信息和用餐喜好記錄在數(shù)據(jù)庫中。餐廳通過人工智能提供的數(shù)據(jù)來判斷用戶的消費(fèi)心理，把握消費(fèi)動向，以便更好地服務(wù)消費(fèi)者，并根據(jù)消費(fèi)者之前的消費(fèi)記錄智能地推薦菜品，甚至提供更個性化的推薦。人工智能對消費(fèi)者的管理包括對顧客的分析、鎖定目標(biāo)顧客、分析目標(biāo)顧客的潛在需求、精準(zhǔn)推送等。

2.3 人工智能在食品安全監(jiān)管中的應(yīng)用

正所謂“民以食為天，食以安為先”，食品安全歷來都是舉國關(guān)注的重點(diǎn)，然而，不斷發(fā)生的食品安全問題反映出我國目前的食品安全監(jiān)管存在一定的不足。食品安全監(jiān)管工作量巨大、食品安全事故頻發(fā)且原因多變，因此依賴人工的傳統(tǒng)監(jiān)管模式難以實(shí)現(xiàn)對食品安全問題的即時預(yù)警和全面有效的監(jiān)控。而應(yīng)用人工智能監(jiān)管模式能適應(yīng)復(fù)雜多變的形式，通過智能檢索、智能代理、專家系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)可完善對食品安全事件的預(yù)警監(jiān)測，提升政府的監(jiān)管效率，落實(shí)企業(yè)食品安全主體責(zé)任，保障食品安全。

構(gòu)建食品安全智能監(jiān)管信息平臺，利用人工智能的智能檢索技術(shù)以自然語言為基礎(chǔ)，可對使用者提供的自然語言進(jìn)行快速分析，并形成檢索策略進(jìn)行所需信息的廣泛搜索。智能監(jiān)管平臺擁有幾大優(yōu)勢：第一，可快速高效地收集和共享食品安全信息，如實(shí)現(xiàn)食品溯源、促進(jìn)食品全流程監(jiān)管等；第二，加強(qiáng)輿情監(jiān)測，建立重大輿情收集、分析，推進(jìn)快速響應(yīng)機(jī)制的建立，完善食品安全事件預(yù)警監(jiān)測；第三，可以增強(qiáng)信息透明度，提升監(jiān)管效率。

為了確保食物安全，良好的操作衛(wèi)生條件十分必要。一款全天候360°的智能監(jiān)管系統(tǒng)通過攝像頭監(jiān)控后廚操作環(huán)境，使用圖像識別和衛(wèi)生環(huán)境合規(guī)性智能識別算法能有效監(jiān)管后廚人員的穿戴與操作規(guī)范、食品存儲條件與環(huán)境消毒衛(wèi)生情況等。如發(fā)現(xiàn)有違規(guī)行為，該系統(tǒng)會提取屏幕圖像進(jìn)行查看，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能監(jiān)管?？偠灾悄鼙O(jiān)管系統(tǒng)能自動辨識并發(fā)現(xiàn)后廚的食品安全風(fēng)險點(diǎn)，預(yù)防不可預(yù)估的食品安全風(fēng)險，并針對風(fēng)險提供解決策略，從而提高監(jiān)管效率。

3 未來發(fā)展展望

在不久的將來，人工智能技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用將包含從食品原材料到消費(fèi)者手中的全流程環(huán)節(jié)，并可圍繞從原料采購、食品生產(chǎn)加工、物流運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)的問題展開監(jiān)測——通過先進(jìn)的傳感器技術(shù)與大量數(shù)據(jù)分析軟件的結(jié)合運(yùn)用，利用人工智能的智能檢索、圖像識別、語音識別，自然語言處理、模式識別、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)如食品原材料分揀、食品加工儲運(yùn)全過程的實(shí)時動態(tài)檢測和質(zhì)量控制，優(yōu)化供應(yīng)鏈個性化食品配方研發(fā)以及個性化營養(yǎng)定制等等單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間、個性化要求高的工作。與傳統(tǒng)人工操作相比，人工智能技術(shù)可以明顯提高食品行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，使食品行業(yè)更具創(chuàng)造力、個性化的同時，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高其市場競爭力，在保障食品安全的同時還能迎合消費(fèi)者的喜好。因此，加強(qiáng)我國食品行業(yè)人工智能在食品工業(yè)及食品安全監(jiān)管中的應(yīng)用具有重大實(shí)踐意義。