生活科普：如何挑到最好吃的水果？試試這種物理方法


圖片來源：Pixabay
水果不論是熟過頭還是沒熟透的，吃起來的味道都會讓人“記憶猶新”。為了讓你不再經(jīng)歷這種痛苦，農(nóng)業(yè)工作者們正在努力尋找最恰當(dāng)?shù)氖斋@時間，讓水果在銷售的時達(dá)到最佳的成熟度。這不僅可以減少浪費(fèi)，也可以讓你買到品質(zhì)最佳的水果。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，人們發(fā)明了各式各樣的方法，但各有利弊。
雖然生物化學(xué)和視覺識別的方法都可以用來判斷水果是否成熟，但利用機(jī)械技術(shù)測量才是最常用的方法。后者主要通過測量水果的緊實(shí)程度來間接確定水果的成熟度，這通常需要測定水果在被錘擺等器具擊中時產(chǎn)生的震動。然而，這樣直接接觸的方法通常會對質(zhì)地較軟的水果造成損壞，因此使用范圍有限。比如，你可以通過感受拍西瓜時的震動來判斷生熟，但是在挑草莓的時候這種方法顯然行不通。


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最近，來自日本芝浦工業(yè)大學(xué)（Shibaura Institute of Technology）的團(tuán)隊(duì)基于此前利用激光誘導(dǎo)等離子體（laser-induced plasma, LIP）測量硬水果的研究，發(fā)明出了質(zhì)地更軟水果的緊實(shí)度測量方法，相關(guān)研究發(fā)表在MDPI旗下的開放獲取期刊《食物》（Foods）上。
等等，激光誘導(dǎo)等離子體到底是什么東西？怎么還能用來測量水果是否成熟？等離子態(tài)是一種類似于氣態(tài)的物質(zhì)狀態(tài)。處于等離子態(tài)的物質(zhì)微粒通常帶有電荷。這種充滿能量的物質(zhì)狀態(tài)可以通過用高強(qiáng)度的激光束照射小體積空氣產(chǎn)生。因?yàn)檫@種方法產(chǎn)生的“等離子泡泡”很不穩(wěn)定，所以這些“泡泡”會很快“破裂”形成超聲速傳播的沖擊波。芝浦工業(yè)大學(xué)的 Naoki Hosoya 教授及其同事曾成功在距離蘋果表面很近的位置生成了激光誘導(dǎo)等離子體沖擊波。沖擊波接觸蘋果后被激發(fā)出了被稱為0S2模式的震動。由于這種模式的震動造成的形變和足球被踢飛時一樣，因此又被稱為“足球模式震動”。隨后，他們確認(rèn)了0S2這一震動模式與水果的緊實(shí)度相關(guān)。
然而，質(zhì)地較軟的水果并不會表現(xiàn)出0S2模式震動，所以研究團(tuán)隊(duì)只能用另一種被稱作瑞利波（Rayleigh wave）的震動來分析。這種行波通常只在物體的表面行進(jìn)，并不會深入物體內(nèi)部。在一個激光誘導(dǎo)等離子體的發(fā)射裝置、一臺市面上常見的激光測震儀還有幾個肯特芒的幫助下，科學(xué)家們確定了瑞利波的傳播速度與芒果的緊實(shí)度是直接相關(guān)的。隨著芒果儲存時間的增加，波的傳播速度會顯著下降。這說明他們找到了一種間接測量芒果成熟度的可靠方法。
團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步測試了在芒果表面的哪個位置測量瑞利波是最合適的。因?yàn)槊⒐幸粋€很大的核，這可能會對瑞利波的傳播和測量造成影響。Hosoya 表示：“通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，沿著芒果‘赤道’部分測量會比沿著‘本初子午線’測量的效果要更好?！彼麄冞€發(fā)現(xiàn)水果內(nèi)的空腔或者水果的腐敗會顯著影響測量結(jié)果。因此他們會繼續(xù)尋找芒果上最適合測量的區(qū)域。


激光脈沖通過透鏡聚焦在一個接近芒果表面的地方。激光誘導(dǎo)等離子體產(chǎn)生的沖擊波在芒果表面激發(fā)出了瑞利波。激光多普勒測震儀將會測量這一波動。圖片來源: SHIBAURA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
簡而言之，芝浦工業(yè)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一套從外部測量軟質(zhì)地水果成熟度的創(chuàng)新性方案。Hosoya強(qiáng)調(diào)：“我們的檢測體系可以通過非接觸、非破壞性的手段測量芒果以及其它不引發(fā)0S2模式震動的水果。”為了在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中獲得實(shí)際應(yīng)用，這種測量方法的可行性和可靠程度還需要提升。如果運(yùn)氣好的話，這項(xiàng)技術(shù)的廣泛使用能讓你再也不用擔(dān)心買到生水果了。
翻譯：全季康
審校：魏瀟
引進(jìn)來源：日本芝浦工業(yè)大學(xué)
引進(jìn)鏈接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-03/siot-tti030121.php
本文來自：環(huán)球科學(xué)

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