¡Usna! ¡Usna!

1997/10/01 Pendick, Daniel Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Ingeniaritza

Saca tu nariz electrónica con total discreción y la usas en uno o dos sobre el bosque. Pasados unos segundos, si la luz se pone verde, puedes golpear el tren. Sin embargo, si se enciende la luz roja, busca la maceta adecuada.

Los connoiseurs portátiles y preprogramados no van a estar tan lejos, pero los científicos están a merced de algo más grande que creen que pueden imitar la capacidad de la nariz humana o animal a través de una gama de fibras ópticas integradas en un chip. El olfato artificial puede parecer extraño, pero los olfadores simples ya han hecho un hueco entre nosotros. Las narices electrónicas se comercializaron hace unos cinco años. Los sensores electroquímicos conectados a un PC realizan un control de calidad. Están preparados para identificar los olores que las narices humanas echarían hacia atrás. Así controlan productos aromáticos como las bodegas de cerveza. Los científicos creen que las narices electrónicas pueden entrar en el campo de los catadores de vino o, más aún, en el de los perros usnantes.

Según algunos investigadores, la llegada de las narices electrónicas, disminuida del tamaño de un chip de silicio desde los actuales trasteros de sobremesa, conducirá la revolución de la olferación artificial. Estos cerebros nasales integrados (pequeños, poderosos y que consumen sólo alguna energía de una pila) se convertirán en tan ubicuos como el microprocesador, formando teléfonos, hornos, coches y aparatos del hospital. En este camino, los científicos creen que resolverán algunos misterios de la usanza natural.

George Dodd, considerado el padre de la tecnología de las narices electrónicas, sigue observando envidia a los perros usnantes. Estas “patas con nariz” pueden oler las minas enterradas o las drogas ocultas en el equipaje de avión y oír el olor corporal de un fugitivo en amplios prados olorosos. El olfato del perro olnador es tan fascinante como paradójico según Dodd.

Pensad que el perro olnante es un receptor de radio que en lugar de tomar ondas electromagnéticas toma moléculas de olor que fluyen por el aire, son de petróleo, perfumes, aceite de ajo u otras sustancias olorosas. Sin duda puede detectar un amplio espectro de olores, aunque sea una molécula en mano entre mil millones de moléculas de aire. Los ingenieros de radio tendrían una difícil tarea de igualar. “El olfato de un perro tiene un gran ancho de banda —dice Dodd—. Puede oler a todo y además con una sensibilidad increíble y eso es lo más paradójico.”

Éxitos hinchados

A principios de la década de 1980, Dodd y sus compañeros de la Universidad de Warwick dieron el primer paso cuando consiguieron imitar una de las características de la nariz del perro en el camino de la olvido artificial, imitando su sensibilidad hacia un amplio espectro de olores. Obtuvieron un juego de sensores químicos, formado por tres polímeros conductores diferentes. A nivel microscópico, el material tiene la forma de una spaghetti-mataza, en la que los polímeros se inflaman al absorber las moléculas de olor. Esto modifica la conductividad y produce un cambio cuantificable en la cantidad de corriente eléctrica que pasa a través de ellas.

Cada uno de los tres plásticos de Dod reacciona de forma diferente a las moléculas de olor. Por ejemplo, frente a la esencia de la huerta, los sensores primero y segundo absorben más el olor que los del tercero y presentan una disminución de la conductividad más acusada. Pero colocados frente al aceite de rosas, el comportamiento de los sensores va a ser completamente diferente y es posible que sólo uno de los sensores absorba muchos olores. Esto tiene una huella eléctrica especial para cualquier olor que olvide. Esta herramienta fue el primer paso hacia la nariz electrónica.

Las narices actualmente en venta tienen la misma base, pero tienen un mayor número de sensores para conseguir una zona de sensibilidad más amplia. Las narices aprovechan la red neuronal para aprender espectros de respuesta a diferentes olores. Antes de ponerse a trabajar entrenan, por ejemplo, para detectar compuestos químicos que son responsables del olor especial que desprende una cuba de cerveza perdida. Por ejemplo, en una parte del proceso de fabricación de la cerveza puede aparecer un mal aroma en forma de mantequilla que se forma en el diacetileno. Si la bodega se deja un rato en su superficie, el diacetileno se transforma en butandiol sin sabor. La nariz se coloca alternativamente delante de las cubas con diacetileno y se le dice cuándo está bien y cuándo no. Tras este entrenamiento la nariz detectará el diacetileno sin que se produzca un vacío.

Alta, los investigadores trabajan con narices de nueva generación. El neurocientífico John Krauer y el químico David Walt, de la Universidad de Tufts en los EEUU, creen que la base está en la imitación de la naturaleza, estudiando las narices de perros, cabras y ratas. Se utilizarán como modelos de cavidades nasales artificiales para comprobar si el flujo de aire que reciben los sensores afecta a la sensibilidad. Los perros presentan cavidades nasales más complejas que los humanos, lo que puede dar lugar a flujos de aire que pueden aumentar su poder olfativo. El trabajo de este grupo ha pasado por el nivel de modelo.

Órgano tamaño guisante

El hardware del olfato en el ser humano se encuentra en la parte superior de los orificios nasales, en un tramo de tejido llamado nariz epitelio. Al pasar los olores por ahí se encuentran unos 10 millones de sensores, cada uno con miles de receptores químicos diferentes. Al oler las partículas de olor actúan sobre un receptor que envía señales eléctricas a un par de órganos del tamaño de un guisante cerebral, los bulbos olorativos. Posteriormente se procesan e identifican las señales.

Para imitar la alta sensibilidad del epitelio nasal, la Universidad Tufts utiliza fibras ópticas. Los extremos de estas fibras ópticas se recubren con diferentes plásticos con un colorante llamado Nilo rojo. Estos extremos absorben las moléculas de olor y actúan como sensores. A través de las fibras se transmite la luz hasta los extremos, donde se produce la fluorescencia del colorante. Parte de la fluorescencia luminosa se desplaza hacia atrás a través de la fibra y se puede medir su intensidad mediante un ojo electrónico. El proceso es similar al descrito anteriormente, los plásticos absorben las moléculas de olor y se inflaman. En consecuencia, la intensidad de la luz que va hacia atrás a través de la fibra cambia.

Según los investigadores de la Universidad de Tufts, el usuario de fibra óptica será más sensible que los usuarios actuales del mercado. Justifican que con un instrumento óptico se pueden medir tres parámetros: la intensidad de la luz, la longitud de onda de la luz y la duración de la fluorescencia. En una serie de sesiones recientes, la nariz óptica de la Universidad de Tufts ha sido capaz de diferenciar tres alcoholes que sólo tenían la parte de un átomo de carbono en la estructura.

En un chip

Natham Lewis, del Instituto Tecnológico de California, quiere ir más allá. Lewis pretende colocar unos 10.000 sensores de plástico y su red neuronal de manejo en un chip. La presencia de muchos sensores permitiría obtener muchas respuestas diferentes al ponerlos delante de las moléculas de olor, multiplicando así la capacidad de separación entre diferentes olores.

Sin embargo, esta aproximación es discutible. Otros investigadores consideran que el grado de diferencia entre sensores es el más importante y no el número de sensores. Según ellos, la información que se puede obtener con diez sensores o con un millón es equivalente. Lewis no está de acuerdo: con diez sensores, dice él, puedes detectar si hay humo en tu casa. Pero él quiere más.

Lewis utiliza plásticos para elaborar sensores, pero no se limita únicamente a plásticos conductores. El año pasado se preparó un sistema de olores de sobremesa de 17 sensores capaz de distinguir entre el vino y el aguardiente y el pescado fresco y podrido. Sin embargo, trabajaba bastante lentamente. A partir de ahí van rápido y ya han conseguido colocar cinco sensores en un chip, eso sí, sin redes neuronales. Por lo tanto, tienen una nariz sin cerebro. Según Lewis, su equipo tendrá en un plazo aproximado de tres años 10.000 sensores y una red neuronal integrada en un chip. Dice que no son ciencia ficción. Y es que la tecnología básica está disponible.

¿Qué puedes hacer después de conseguirlo colocando una nariz en un chip? Todo lo que quieras. Por ejemplo, puedes poner el pan en la tostadora o en el horno para avisar si empieza a quemarse.

Las narices actualmente existentes en el mercado requieren unos dos minutos para identificar un olor, ya que los datos obtenidos de los sensores deben ser estables. Un chip nasal sería más rápido, entre otras cosas porque las moléculas de olor necesitarían menos tiempo para inflamar el plástico. Según Lewis, “desde una nariz rápida se puede llegar hasta la fuente del olor cambiando la dirección del viento. Puedes pensar en poner la nariz en un robot que busca una bomba en un aeropuerto, que necesitan una respuesta rápida en tiempo real.”

Están a punto de venir, ¿no los escucha ya?