04.05.2022 - University of Cambridge

Der Geschmack der Zukunft

Roboterkoch lernt, nach Herzenslust zu kosten

Ein "Kochroboter" wurde darauf trainiert, Lebensmittel in verschiedenen Phasen des Kauvorgangs zu probieren, um zu beurteilen, ob sie ausreichend gewürzt sind.

In Zusammenarbeit mit dem Haushaltsgerätehersteller Beko haben Forscher der Universität Cambridge ihren Kochroboter darauf trainiert, den Salzgehalt eines Gerichts in verschiedenen Stadien des Kauvorgangs zu beurteilen und so einen ähnlichen Prozess beim Menschen nachzuahmen.

Ihre Ergebnisse könnten bei der Entwicklung automatischer oder halbautomatischer Lebensmittelzubereitungen nützlich sein, da Roboter so lernen, was ihnen schmeckt und was nicht, was sie zu besseren Köchen macht.

Wenn wir unser Essen kauen, bemerken wir eine Veränderung der Textur und des Geschmacks. Wenn wir beispielsweise im Hochsommer in eine frische Tomate beißen, werden Säfte freigesetzt, und wenn wir kauen und dabei sowohl Speichel als auch Verdauungsenzyme freisetzen, verändert sich unsere Wahrnehmung des Tomatengeschmacks.

Der Kochroboter, der bereits darauf trainiert wurde, Omeletts auf der Grundlage des Feedbacks menschlicher Verkoster zuzubereiten, probierte neun verschiedene Varianten eines einfachen Gerichts aus Rührei und Tomaten in drei verschiedenen Phasen des Kauvorgangs und erstellte "Geschmackskarten" der verschiedenen Gerichte.

Die Forscher fanden heraus, dass dieser Ansatz des "Probierens während des Kauens" die Fähigkeit des Roboters, den Salzgehalt des Gerichts schnell und genau zu beurteilen, im Vergleich zu anderen elektronischen Verkostungstechnologien, die nur eine einzige homogenisierte Probe testen, erheblich verbesserte. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift Frontiers in Robotics & AI veröffentlicht.

Die Geschmackswahrnehmung des Menschen ist ein komplexer Prozess, der sich über Millionen von Jahren entwickelt hat: Das Aussehen, der Geruch, die Beschaffenheit und die Temperatur von Lebensmitteln wirken sich auf unsere Geschmackswahrnehmung aus; der beim Kauen produzierte Speichel trägt dazu bei, die chemischen Verbindungen in den Lebensmitteln zu den Geschmacksrezeptoren vor allem auf der Zunge zu transportieren; und die Signale der Geschmacksrezeptoren werden an das Gehirn weitergeleitet. Sobald unser Gehirn den Geschmack wahrnimmt, entscheiden wir, ob wir das Essen genießen oder nicht.

Auch der Geschmack ist sehr individuell: Manche Menschen lieben würzige Speisen, andere wiederum mögen es süß. Ein guter Koch, ob Amateur oder Profi, verlässt sich auf seinen Geschmackssinn und kann die verschiedenen Geschmacksrichtungen in einem Gericht so ausbalancieren, dass ein abgerundetes Endprodukt entsteht.

"Die meisten Hausfrauen und -männer sind mit dem Konzept des Probierens vertraut - sie prüfen während des Kochvorgangs, ob das Gleichgewicht der Aromen stimmt", sagt Grzegorz Sochacki vom Cambridge Department of Engineering, der Erstautor der Studie. "Wenn Roboter für bestimmte Aspekte der Lebensmittelzubereitung eingesetzt werden sollen, ist es wichtig, dass sie in der Lage sind, zu 'schmecken', was sie kochen".

"Wenn wir schmecken, liefert auch der Kauvorgang eine kontinuierliche Rückmeldung an unser Gehirn", sagt Mitautor Dr. Arsen Abdulali, ebenfalls vom Fachbereich Ingenieurwissenschaften. "Deshalb wollten wir einen realistischeren Prozess des Kauens und Schmeckens in einem Robotersystem nachbilden, was zu einem schmackhafteren Endprodukt führen sollte.

Die Forscher gehören zum Cambridge Bio-Inspired Robotics Laboratory unter der Leitung von Professor Fumiya Iida vom Department of Engineering, das sich mit der Ausbildung von Robotern für die sogenannten Last-Meter-Probleme befasst, die für Menschen leicht, für Roboter jedoch schwierig sind. Kochen ist eine dieser Aufgaben: Frühere Tests mit dem Roboter-"Koch" haben ein passables Omelett hervorgebracht, wobei das Feedback von menschlichen Verkostern genutzt wurde.

"Wir brauchten etwas Billiges, Kleines und Schnelles, das wir unserem Roboter hinzufügen konnten, damit er die Verkostung durchführen konnte: Es musste billig genug sein, um in einer Küche verwendet zu werden, klein genug für einen Roboter und schnell genug, um beim Kochen eingesetzt zu werden", so Sochacki.

Um den menschlichen Prozess des Kauens und Schmeckens in ihrem Kochroboter zu imitieren, befestigten die Forscher eine Leitfähigkeitssonde, die als Salzsensor fungiert, an einem Roboterarm. Sie bereiteten Rührei und Tomaten zu und variierten dabei die Anzahl der Tomaten und die Menge des Salzes in jedem Gericht.

Mit Hilfe der Sonde "verkostete" der Roboter die Gerichte in einer gitterartigen Anordnung und lieferte innerhalb weniger Sekunden ein Ergebnis.

Um die durch das Kauen verursachte Veränderung der Textur zu imitieren, gab das Team die Eimischung in einen Mixer und ließ den Roboter das Gericht erneut testen. Die unterschiedlichen Messwerte an verschiedenen Stellen des "Kauens" ergaben Geschmackskarten für jedes Gericht.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Fähigkeit von Robotern, den Salzgehalt zu beurteilen, deutlich besser ist als bei anderen elektronischen Verkostungsmethoden, die oft zeitaufwändig sind und nur einen einzigen Messwert liefern.

Obwohl es sich bei ihrer Technik um einen Konzeptnachweis handelt, sind die Forscher der Ansicht, dass Roboter durch die Nachahmung der menschlichen Kau- und Geschmacksprozesse irgendwann in der Lage sein werden, Lebensmittel zu produzieren, die den Menschen schmecken und die je nach individuellem Geschmack angepasst werden können.

"Wenn ein Roboter kochen lernt, braucht er, wie jeder andere Koch auch, Hinweise darauf, wie gut es ihm gelungen ist", so Abdulali. "Wir wollen, dass die Roboter das Konzept des Geschmacks verstehen, was sie zu besseren Köchen machen wird. In unserem Experiment kann der Roboter den Unterschied im Essen beim Kauen 'sehen', was seine Fähigkeit zu schmecken verbessert."

"Beko hat die Vision, Roboter in die häusliche Umgebung zu bringen, die sicher und einfach zu bedienen sind", sagte Dr. Muhammad W. Chughtai, Senior Scientist bei Beko plc. "Wir glauben, dass die Entwicklung von Kochrobotern in Zukunft eine wichtige Rolle in vielbeschäftigten Haushalten und betreuten Wohneinrichtungen spielen wird. Dieses Ergebnis ist ein großer Fortschritt in der Roboterküche, und durch die Verwendung von Algorithmen für maschinelles und tiefes Lernen wird das Kauen den Roboterköchen helfen, den Geschmack für verschiedene Gerichte und Benutzer anzupassen."

In Zukunft wollen die Forscher den Kochroboter so verbessern, dass er verschiedene Arten von Lebensmitteln schmecken kann, und die Sensorik so verbessern, dass er z. B. süße oder fettige Lebensmittel schmecken kann.

Die Forschung wurde zum Teil von Beko plc und dem Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), einem Teil des UK Research and Innovation (UKRI), unterstützt. Fumiya Iida ist Fellow des Corpus Christi College, Cambridge.

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