Сотрудники Института физики Земли РАН, Казанского федерального университета, Левенского университета и других исследовательских организаций России и Бельгии показали, что методы моделирования пористых сред подходят для того, чтобы определять трехмерное строение продуктов питания.

С их помощью ученые сделали 3D-реконструкцию яблока по нескольким снимкам его срезов. У метода есть ряд ограничений, но в случае однородных по своей структуре продуктов он вполне точно описывает их строение при весьма ограниченном объеме исходных данных. Научная статья опубликована в Journal of Food Engineering. Исследование частично поддержано грантом РНФ.

У пищи, как и у других материальных объектов, есть физические свойства: вязкость, степень однородности, плотность и другие. Они в немалой степени определяют вкус еды и время ее хранения. Поэтому бывает важно и полезно знать трехмерную структуру пищи. Ее можно определить с помощью рентгеновской микротомографии, но для этого обязательно нужно иметь образец того продукта, который мы хотим исследовать. Поскольку это не всегда возможно, необходим метод, позволяющий создать 3D-реконструкцию объекта по ограниченному количеству данных о нем - например, по нескольким снимкам его поверхности.

В физике пористых сред существуют подходы, позволяющие это сделать, - так называемые корреляционные функции. Их используют при оценке структуры нефтеносных пород. Двумерные изображения их микроскопической структуры обрабатывают на компьютере, и каждому элементу такого изображения задают математическое выражение. Снимок после его "математического описания" представляет собой набор статистических дескрипторов. Специальный алгоритм создает трехмерную модель, имеющую тот же набор дескрипторов.

Авторы работы применили корреляционные функции к снимкам двух съедобных объектов - яблока и кекса. Микрофотографии срезов этих объектов продемонстрировали, какого размера у них поры, как они расположены, какую имеют форму и т. д. Оказалось, что структура кекса неоднородна в том смысле, что поры в нем распределены неравномерно: где-то они заметно крупнее, где-то - существенно мельче. Поэтому создать его трехмерную модель с помощью корреляционных функций не удалось. Зато 3D-структуру яблока этим методом восстановили вполне корректно: результат моделирования совпал с данными, полученными при непосредственном "просвечивании" яблок рентгеновской микротомографией.

У метода корреляционных функций есть еще один недостаток, кроме того, что он подходит только для однородных сред. По словам одного из авторов статьи, Кирилла Герке, это вычислительная затратность: "используемый метод... требует гораздо больше времени, чем существующие подходы, например, с использованием искусственного интеллекта. С другой стороны, у разработанного нами подхода есть основное преимущество, которое, по нашему мнению, перевешивает недостатки: он строго описывает структуру исследуемого объекта".

Похожие новости

  • 23/06/2018

    Российские ученые нашли вещество, ослабляющее защиту раковых клеток

    ​Российские молекулярные биологи открыли вещество, способное "отключать" белки, мешающие химиотерапии убивать раковые клетки, и успешно проверили его работу на культурах рака прямой кишки.
    300
  • 17/05/2018

    Нейросеть научили определять лучшие условия консервации организмов-экстремалов

    Российские ученые определили самые оптимальные условия для консервации специфических микроорганизмов, способных выживать в условиях экстремально высокой солености. Авторы исследования с помощью искусственной нейронной сети нашли лучший способ сохранения таких микроорганизмов в течение долгого времени.
    174
  • 10/03/2017

    Российские ученые разработали новое вещество против вируса гриппа на основе природных соединений

    ​Ученые из Новосибирского института органической химии имени Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и Научно-исследовательского института гриппа в Санкт-Петербурге разработали новый продукт широкого спектра противовирусной активности, в основе которого лежат природные соединения: терпены и терпеноиды.
    1732
  • 12/10/2016

    АлтГУ и ИЦиГ СО РАН развивают сотрудничество

    ​Алтайский государственный университет совместно с Федеральным исследовательским центром Институтом цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук приступает к реализации научно-образовательного проекта по селекции и семеноводству.
    1588
  • 25/07/2018

    ТюмГУ и Университет Северной Аризоны создадут совместную научную лабораторию

    ​В ТюмГУ побывала делегация из Университета Северной Аризоны (г. Флагстафф, США) во главе с заместителем проректора по глобальным инициативам Дэниелом Палмом.  По итогам переговоров с ректором ТюмГУ Валерием Фальковым была согласована разработка совместного исследовательского проекта по биобезопасности лесов, что включает в себя создание новой «зеркальной» научной лаборатории, академические стажировки в США магистрантов программы «Биобезопасность растений» нового института ТюмГУ – X-BIO и стажировки американских студентов в X-BIO, научное соруководство диссертациями аспирантов и, в перспективе, разработку программ двойных дипломов.
    133
  • 14/04/2017

    Российские ученые приблизились к разгадке механизма выработки лечебных белков

    ​Ученые ТГУ и МГУ выявили механизмы, которые играют главную роль в продукции миокинов - белков, обладающих противовоспалительным действием. Полученные данные помогут активизировать выработку в организме веществ, снижающих уровень воспалительных процессов.
    659
  • 29/12/2017

    Ученые разработали алгоритм для ДНК-оригами

    Международный коллектив российских и американских ученых предложил алгоритм компьютерного моделирования сложенных из ДНК трехмерных конструкций. Такие нанороботы могут использоваться в электронике и медицине, например, для доставки лекарств.
    461
  • 08/08/2017

    Ученые установили, что древние жители Алтая выращивали гигантских овец

    Ученые из Алтайского государственного университета (АлтГУ) совместно со специалистами из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН подготовили и осуществили палеогенетические исследования костных останков овец, обнаруженных на юге Западной Сибири при раскопках археологических памятников, которые датируются с помощью радиоуглеродного метода второй половиной III – началом II тыс.
    957
  • 12/10/2017

    ИХБФМ СО РАН примет участие в реализации стратегического проекта АлтГУ

     10 октября делегация Алтайского государственного университета во главе с ректором Сергеем Валентиновичем Землюковым с рабочим визитом посетила Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук.
    861
  • 03/06/2016

    Экспедиция ТюмГУ продолжает исследования в томской тайге

    ​Исследователи Тюменского государственного университета - акарологи и энтомологи - продолжают обследование хвойных лесов Сибири на предмет поражения деревьев опасными вредителями - жуками-короедами.  Из последних особую опасность представляет уссурийский полиграф, широко распространившийся в Сибири и Европейской части России и приведший к масштабной гибели ценнейших деревьев - пихт.
    1354