AI检测地区过敏原浓度，让柳絮“绕道而行”

全文共2309字，预计学习时长5分钟

春天到了，又到了动物们交配的季节。

植物也不能落单，它们的求爱方式往往铺天盖地，简直没眼看。

作为雄配子体的花粉和雌雄交配所产生的杨絮在春天放浪。

整个城市弥漫着“荷尔蒙”，但是很少有人觉得浪漫。

除非你的鼻毛够长……

花粉飞絮本质上有多“污”

小芯君带着生物课代表的使命，带大家回顾一下“春城无处不飞毛”的生物内涵。

花粉是有花植物的雄性器官，内含营养细胞和生殖细胞或由其分裂产生的两个精子……

如果说花粉四散是受精过程，那么杨絮纷飞则正在生娃。

雌杨树在雄杨树的祸祸下，开花结成花序，花序上的小球怀胎几天后“爆炸”，露出洁白的棉絮。这些白色絮状物正是杨树的种子。

五月飞“雪”，处处浮“粉”，一片生儿育女的繁荣景象。

此种仙境引发网友集体高潮。毕竟这些玩意儿老往人身体里怼算怎么回事啊。

图片@微博网友余大巍

花粉和飞絮让人满脸发毛，皮肤瘙痒红肿。

万一忍不住挑逗打个喷嚏，飞絮和花粉便会暴风吸入，引发咳嗽和呼吸道水肿，加重哮喘、支气管炎等呼吸疾病。

最魔鬼的一点是，花粉和飞絮还会携带病菌，导致交叉性传染。

在这样的极端天气，大妈们总是最有创造力和智慧的存在。

她们发明了这款及其好用的防毒透明头套，强烈建议入手。

AI检测地区过敏原浓度，让你“绕道而行”

惹不起飞絮，我绕道走还不行吗？

因此出门前预知活动范围内的过敏原密度和空气质量是十分必要的。

在美国，比起杨柳絮，花粉更是一个沙尘暴一般的存在。

每到春天，松树不停放屁，释放出团团黄色烟雾。粉尘过敏患者苦不堪言。

在深受其害的网友以一双泪汪汪的大眼捂着嘴Bbox时，加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究人员已经开始用AI解决过敏问题了。

据NVIDIA博客，加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究者研发了一款便携式人工智能设备——无标签生物气溶胶传感器。可以测量某区域花粉、霉菌孢子等五种常见过敏原的水平，准确率高达94％。

基于计算显微镜和深度学习的高通量和移动式生物气溶胶传感器

（a）设备的3D计算机辅助设计（CAD）图纸概述；（b）芯片上基于撞击的空气采样的示意图；（c）设备照片；（d）生物气溶胶样品的全FOV差异全息图。

生物气溶胶指含有生物性粒子的气溶胶。如细菌、病毒以及致敏花粉、霉菌孢子、蕨类孢子和寄生虫卵等，它们在春天放浪形骸，是传染病的罪魁祸首。

2019年4月北卡罗来纳州达勒姆市花粉引起的黄雾。来源：Jeremy Gilchrist @Facebook 

传统方法中，生物气溶胶通常由研究人员通过过滤器或孢子捕集器进行收集，人工对样品进行标记和显微镜检查。

为了节省发送样品，标签和人工检查的时间和劳动成本，研究者们发明了可以直接在现场监测过敏原的设备。

该设备如同人类，可以自动吸入空气。将空气捕获在激光照射的粘性表面上。在所有的微粒中，激光产生了相应的全息图，使得通常透明的过敏原变得可见，并由设备中的图像传感器芯片捕获。

生成的全息图像需要通过两个单独的神经网络进行处理。

一是对图像进行清理和裁剪，以更好地聚焦于描绘生物颗粒的部分；二是用于对过敏原进行分类。

无标签生物气溶胶传感模型

（a）图像重建和生物气溶胶分类工作流程。

（b）用于分类的CNN网络，包括卷积层和全连接层。

传统的机器学习算法在从全息图像分类生物气溶胶时实现约70％的准确度。

而在这个无标签生物气溶胶传感模型中，加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究团队中应用的深度学习算法，分类的准确度可以提高到94％。

使用卷积神经网络对生物气溶胶分类结果的精确性和回归率

论文作者将其提出的算法与AlexNet和SVM在同一数据集上的分类性能进行了对比。AlexNet是深度学习中比较常用的神经网络模型之一，由于具有更大的全连接层，所以具有更多的可训练参数。

但相比之下，论文中提出的CNN的精确率比AlexNet高1.8%，回归率高1.2%。

同样，SVM作为机器学习领域最经典的一种分类算法，虽然计算速度要显著优于本论文算法，但其只能达到78.1%的精确率和73.2%的回归率，与94%的准确率相差甚远。

此外，值得一提的是，高精度得以实现，基于NVIDIA GPU，它不仅可以将神经网络的训练加速数百次，还可以实现实时测试及推理。无疑，NVIDIA的超级GPU为人工智能的计算需求提供了强大的动力。

防火防病防过敏

该设备可以实时创建各区域的高分辨率的空气质量图。在人人“怨声载道”的过敏季节，为网友提供“出行地图”指南。

对于重度过敏或哮喘患者，这个重一磅多一点的设备可以随身携带，可以随时监控并预测周围空气质量。连接智能手机便可访问数据。

此外，该设备对地域过敏原浓度的预测，还可以及时预防火灾。

杨柳絮不仅飞得快，烧的也快，10平米左右的飞絮燃烧只需两秒。“火”走龙蛇，堪比汽油。

每年四五月之交，北方有多起因柳絮引发的火灾，火势惨烈。比如两年前的5月，北京蟹岛度假村80辆新能源大巴及十几辆私家车发生连环火灾，最终的罪魁祸首就是满地的杨柳絮。

友情提示：千万不要在漫天飞絮里抽烟耍帅，或者在“雪中”烧烤，这简直是玩火啊！

此外，无标签的生物气溶胶传感神经网络模型，有利于后期的模型扩展。虽然目前只能分辨花粉、霉菌孢子等五种常见过敏原，但模型在手，感知更多种类的生物气溶胶和其他颗粒定当不在话下。

以后年年脱毛的杨絮、柳絮，还有南京年年炸毛的二球悬铃木（梧桐）都会成为样本。

未若柳絮因风起，漫天飞粉像下雨，还好AI更懂你。

小芯君只大胆期望，可以有高科技拿下花界“污妖王”——石楠。

毕竟它才是植物界最放荡的仔。

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