Usna! Usna!

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

• Ingeniaritza

Saca o teu nariz electrónico con total discreción e úsala nun ou dous sobre o bosque. Pasados uns segundos, se a luz ponse verde, podes golpear o tren. Con todo, se se acende a luz vermella, busca a maceta adecuada.

Os connoiseurs portátiles e preprogramados non van estar tan lonxe, pero os científicos están a mercé de algo máis grande que creen que poden imitar a capacidade do nariz humano ou animal a través de una gama de fibras ópticas integradas nun chip. O olfacto artificial pode parecer estraño, pero os olfadores simples xa fixeron un oco entre nós. Os narices electrónicos comercializáronse fai uns cinco anos. Os sensores electroquímicos conectados a un PC realizan un control de calidade. Están preparados paira identificar os cheiros que os narices humanos botarían cara atrás. Así controlan produtos aromáticos como as adegas de cervexa. Os científicos creen que os narices electrónicos poden entrar no campo dos catadores de viño ou, máis aínda, no dos cans usnantes.

Segundo algúns investigadores, a chegada dos narices electrónicos, diminuída do tamaño dun chip de silicio desde os actuais trasteiros de sobremesa, conducirá a revolución da olferación artificial. Estes cerebros nasais integrados (pequenos, poderosos e que consumen só algunha enerxía dunha pila) converteranse en tan ubicuos como o microprocesador, formando teléfonos, fornos, coches e aparellos do hospital. Neste camiño, os científicos creen que resolverán algúns misterios da usanza natural.

George Dodd, considerado o pai da tecnoloxía dos narices electrónicos, segue observando envexa aos cans usnantes. Estas “patas con nariz” poden cheirar as minas enterradas ou as drogas ocultas na equipaxe de avión e ouvir o cheiro corporal dun fugitivo en amplos prados olorosos. O olfacto do can olnador é tan fascinante como paradoxal segundo Dodd.

Pensade que o can olnante é un receptor de radio que en lugar de tomar ondas electromagnéticas toma moléculas de cheiro que flúen polo aire, son de petróleo, perfumes, aceite de allo ou outras sustancias olorosas. Sen dúbida pode detectar un amplo espectro de cheiros, aínda que sexa una molécula en man entre mil millóns de moléculas de aire. Os enxeñeiros de radio terían una difícil tarefa de igualar. “O olfacto dun can ten un gran ancho de banda —di Dodd—. Pode cheirar a todo e ademais cunha sensibilidade incrible e iso é o máis paradoxal.”

Éxitos inchados

A principios da década de 1980, Dodd e os seus compañeiros da Universidade de Warwick deron o primeiro paso cando conseguiron imitar una das características do nariz do can no camiño do esquecemento artificial, imitando a súa sensibilidade cara a un amplo espectro de cheiros. Obtiveron un xogo de sensores químicos, formado por tres polímeros condutores diferentes. A nivel microscópico, o material ten a forma dunha spaghetti-mataza, na que os polímeros se inflaman ao absorber as moléculas de cheiro. Isto modifica a conductividad e produce un cambio cuantificable na cantidade de corrente eléctrica que pasa a través delas.

Cada un do tres plásticos de Dod reacciona de forma diferente ás moléculas de cheiro. Por exemplo, fronte á esencia da horta, os sensores primeiro e segundo absorben máis o cheiro que os do terceiro e presentan una diminución da conductividad máis acusada. Pero colocados fronte ao aceite de rosas, o comportamento dos sensores vai ser completamente diferente e é posible que só uno dos sensores absorba moitos cheiros. Isto ten una pegada eléctrica especial paira calquera cheiro que esqueza. Esta ferramenta foi o primeiro paso cara ao nariz electrónico.

Os narices actualmente en venda teñen a mesma base, pero teñen un maior número de sensores paira conseguir una zona de sensibilidade máis ampla. Os narices aproveitan a rede neuronal paira aprender espectros de resposta a diferentes cheiros. Antes de porse a traballar adestran, por exemplo, paira detectar compostos químicos que son responsables do cheiro especial que desprende una cuba de cervexa perdida. Por exemplo, nunha parte do proceso de fabricación da cervexa pode aparecer un mal aroma en forma de manteiga que se forma no diacetileno. Se a adega déixase un intre na súa superficie, o diacetileno transfórmase en butandiol sen sabor. O nariz colócase alternativamente diante das cubas con diacetileno e dicir cando está ben e cando non. Tras este adestramento o nariz detectará o diacetileno sen que se produza un baleiro.

Alta, os investigadores traballan con narices de nova xeración. O neurocientífico John Krauer e o químico David Walt, da Universidade de Tufts nos EEUU, creen que a base está na imitación da natureza, estudando os narices de cans, cabras e ratas. Utilizaranse como modelos de cavidades nasais artificiais paira comprobar se o fluxo de aire que reciben os sensores afecta á sensibilidade. Os cans presentan cavidades nasais máis complexas que os humanos, o que pode dar lugar a fluxos de aire que poden aumentar o seu poder olfativo. O traballo deste grupo pasou polo nivel de modelo.

Órgano tamaño guisante

O hardware do olfacto no ser humano atópase na parte superior dos orificios nasais, nun tramo de tecido chamado nariz epitelio. Ao pasar os cheiros por aí atópanse uns 10 millóns de sensores, cada un con miles de receptores químicos diferentes. Ao cheirar as partículas de cheiro actúan sobre un receptor que envía sinais eléctricos a un par de órganos do tamaño dun guisante cerebral, os bulbos olorativos. Posteriormente procésanse e identifican os sinais.

Paira imitar a alta sensibilidade do epitelio nasal, a Universidade Tufts utiliza fibras ópticas. Os extremos destas fibras ópticas recúbrense con diferentes plásticos cun colorante chamado Nilo vermello. Estes extremos absorben as moléculas de cheiro e actúan como sensores. A través das fibras transmítese a luz até os extremos, onde se produce a fluorescencia do colorante. Parte da fluorescencia luminosa desprázase cara atrás a través da fibra e pódese medir a súa intensidade mediante un ollo electrónico. O proceso é similar ao descrito anteriormente, os plásticos absorben as moléculas de cheiro e se inflaman. En consecuencia, a intensidade da luz que vai cara atrás a través da fibra cambia.

Segundo os investigadores da Universidade de Tufts, o usuario de fibra óptica será máis sensible que os usuarios actuais do mercado. Xustifican que cun instrumento óptico pódense medir tres parámetros: a intensidade da luz, a lonxitude de onda da luz e a duración da fluorescencia. Nunha serie de sesións recentes, o nariz óptico da Universidade de Tufts foi capaz de diferenciar tres alcois que só tiñan a parte dun átomo de carbono na estrutura.

Nun chip

Natham Lewis, do Instituto Tecnolóxico de California, quere ir máis aló. Lewis pretende colocar uns 10.000 sensores de plástico e a súa rede neuronal de manexo nun chip. A presenza de moitos sensores permitiría obter moitas respostas diferentes ao polos diante das moléculas de cheiro, multiplicando así a capacidade de separación entre diferentes cheiros.

Con todo, esta aproximación é discutible. Outros investigadores consideran que o grao de diferenza entre sensores é o máis importante e non o número de sensores. Segundo eles, a información que se pode obter con dez sensores ou cun millón é equivalente. Lewis non está de acordo: con dez sensores, di el, podes detectar si hai fume na túa casa. Pero el quere máis.

Lewis utiliza plásticos paira elaborar sensores, pero non se limita unicamente a plásticos condutores. O ano pasado preparouse un sistema de cheiros de sobremesa de 17 sensores capaz de distinguir entre o viño e a augardente e o peixe fresco e podrecido. Con todo, traballaba bastante lentamente. A partir de aí van rápido e xa conseguiron colocar cinco sensores nun chip, iso si, sen redes neuronais. Por tanto, teñen una nariz sen cerebro. Segundo Lewis, o seu equipo terá nun prazo aproximado de tres anos 10.000 sensores e una rede neuronal integrada nun chip. Di que non son ciencia ficción. E é que a tecnoloxía básica está dispoñible.

Que podes facer despois de conseguilo colocando una nariz nun chip? Todo o que queiras. Por exemplo, podes pór o pan na tostadora ou no forno paira avisar si empeza a queimarse.

Os narices actualmente existentes no mercado requiren uns dous minutos paira identificar un cheiro, xa que os datos obtidos dos sensores deben ser estables. Un chip nasal sería máis rápido, entre outras cousas porque as moléculas de cheiro necesitarían menos tempo paira inflamar o plástico. Segundo Lewis, “desde un nariz rápido pódese chegar até a fonte do cheiro cambiando a dirección do vento. Podes pensar en pór o nariz nun robot que busca una bomba nun aeroporto, que necesitan una resposta rápida en tempo real.”

Están a piques de vir, non os escoita xa?