Combinando sensori con la tecnologia che consente di riconoscere diversi odori.
L'odore dell'erba tagliata o i fumi del rifornimento di carburante sono tutti il risultato di composti organici volatili. Un nuovo approccio alla tecnologia delle antenne può effettivamente rilevarli e identificarli
I gas dei composti organici volatili esistono come indicatori importanti in vari processi come il respiro umano, il deterioramento degli alimenti, le malattie delle piante e la produzione industriale, il che rende il loro rilevamento un promettente metodo preventivo non distruttivo. I nasi elettronici abilitati ai nanomateriali stanno guadagnando sempre più attenzione per la loro eccezionale capacità di distinguere una gamma sempre più ampia di composti organici volatili. Per raggiungere questo obiettivo, più sensori con nanomateriali distinti sono cruciali per fornire una diversità sufficiente per una discriminazione efficace. Apparentemente se il naso elettronico può essere implementato esclusivamente su un singolo sensore con un singolo nanomateriale comune funzionante a temperatura ambiente, la complessità e il consumo energetico possono essere notevolmente ridotti.
Sebbene l'olfatto abbia storicamente svolto un ruolo importante nella lotta contro malattie come la peste e la tubercolosi, il naso umano non è generalmente abbastanza sensibile da poter essere utilizzato come strumento diagnostico affidabile.
Tuttavia, un nuovo “naso” artificiale ispirato al nostro olfatto potrebbe ora consentire di rilevare malattie non diagnosticate, gas pericolosi e cibo che sta iniziando a deteriorarsi. E tutto questo è possibile grazie alla tecnologia già esistente.
Circondato da antenne
Cosa hanno in comune il tuo cellulare, il tuo computer e la tua TV? Le antenne.
«Siamo letteralmente circondati da tecnologie che comunicano tramite antenne», ha affermato il dottor Michael Cheffena (1).
Cheffena è professore di telecomunicazioni presso la Norwegian University of Science and Technology (NTNU) di Gjøvik e ritiene che questa tecnologia possa essere utilizzata per molto più della semplice comunicazione:
«Dotando le antenne di funzioni tramite sensore, l'infrastruttura esistente può essere utilizzata in nuove aree di applicazione. Questa è stata una delle principali motivazioni per indagare se le antenne possono essere utilizzate per questi scopi», ha aggiunto.
La soluzione più semplice è spesso la migliore
Il professor Cheffena ha spiegato che i precedenti tentativi di creare i cosiddetti “nasi elettronici” non hanno avuto il vantaggio di avere un'infrastruttura esistente prontamente disponibile. Sono stati anche influenzati da una serie di altre sfide che la tecnologia delle antenne può potenzialmente risolvere.
«Altri nasi elettronici possono avere diverse centinaia di sensori, spesso ciascuno rivestito con materiali diversi. Ciò li rende entrambi molto energivori da utilizzare e costosi da produrre. Comportano anche un elevato consumo di materiali. Al contrario, il sensore dell'antenna è costituito da una sola antenna con un tipo di rivestimento», ha affermato Cheffena.
Ciò deve sicuramente avvenire a scapito della precisione e della funzionalità?
«Al contrario», ha affermato il dottor Yu Dang (2), ricercatore associato presso il Dipartimento di produzione e ingegneria civile della NTNU di Gjøvik e autore principale di un articolo di ricerca recentemente pubblicato sulla rivista Sensors and Actuators B Chemical (3).
L'odore di benzina e di erba appena tagliata
Il dottor Dang afferma che il loro sensore distingue i diversi gas su cui è stato testato con una precisione del 96,7 percento. Questo è un risultato che non solo è alla pari con le prestazioni dei migliori nasi elettronici fino ad oggi, ma in alcune aree li supera persino.
Per capirlo, ecco come funziona realmente il naso dell'antenna:
L'antenna trasmette segnali radio a una gamma di frequenze diverse nell'ambiente circostante. Quindi analizza come vengono riflessi. Il comportamento dei segnali cambia in base ai gas presenti e, poiché l'antenna trasmette segnali a più frequenze, i cambiamenti creano modelli unici che possono essere collegati a specifici composti organici volatili.
I composti organici volatili sono gas che si trovano comunemente nell'aria. Sono caratterizzati da un basso punto di ebollizione, il che significa che tendono a evaporare a basse temperature. E anche se non possono essere visti o sentiti, ne avrete sicuramente sentiti diversi.
Tutti gli organismi viventi, comprese le piante, emettono composti organici volatili, spesso come mezzo per proteggersi dai parassiti o per comunicare tra loro. L'odore dell'erba appena tagliata è un esempio ben noto di ciò.
I fumi di benzina del tuo tosaerba sono un altro esempio. Poiché molti dei prodotti che utilizziamo e i materiali di cui ci circondiamo emettono anche composti organici volatili, nella maggior parte degli ambienti saranno presenti un gran numero di gas in varie combinazioni. Ciò rende estremamente arduo il compito di distinguere i gas significativi da quelli insignificanti.
Dang ha spiegato che la situazione diventa ancora più complicata quando al mix vengono aggiunti anche gli isomeri.
I gemelli difficili
«Gli isomeri sono composti chimici che hanno la stessa formula molecolare, ma in cui gli atomi sono legati insieme in modi leggermente diversi», ha affermato.
Secondo i ricercatori sono un po' come gemelli: molto simili, ma non identici.
«Questi composti sono da tempo una sfida per questo tipo di tecnologia dei sensori. Anche gli E-nose più sofisticati, costituiti da molti sensori diversi, hanno difficoltà con loro», ha affermato Yu Dang.
Di conseguenza è molto soddisfatto del fatto che il loro sensore dell'antenna funzioni così bene anche su composti così difficili.
Potrebbe essere in grado di rilevare la malattia
Finora, la tecnologia dei sensori è stata testata su frutti e carni danneggiati da impatto di età diverse. Regolando gli algoritmi che rilevano le “impronte digitali” uniche dei diversi gas, i ricercatori ritengono che la tecnologia possa anche essere in grado di annusare le malattie.
«I composti organici volatili consentono ai cani addestrati di rilevare cambiamenti pericolosi per la salute nel livello di zucchero nel sangue e malattie come il cancro, quindi il principio è in gran parte lo stesso», ha detto Dang.
A differenza dei cani, tuttavia, il sensore dell'antenna non richiede mesi di addestramento o addestratori specializzati per essere utilizzato. La tecnologia di base è qualcosa che hai già nel tuo soggiorno.
Riferimenti:
(1) Michael Cheffena
(2) Yu Dang
Descrizione foto: Combinando sensori con la tecnologia che consente di riconoscere diversi odori. - Credit: Mads Wang-Svendsen.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Artificial ‘nose’ can sniff out damaged fruit and spoiled meat