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25 de junio de 2001
Olfato electrónico
(Por Susana Gallardo, CDCyT- FCEyN) ¿Cómo saber si el pescado recién comprado es
fresco, pasó dos días en una heladera, o, aún peor, sufrió una interrupción de la
cadena de frío? Un equipo de investigadores de esta Facultad desarrolló un dispositivo
electrónico que permite "oler" el pescado y saber con precisión cuántas horas
pasaron desde el momento en que el pez salió del agua.
La nariz electrónica desarrollada por el Martín Negri y su equipo de colaboradores, del
Departamento de Química Inorgánica, consiste en una caja de acrílico que posee en su
interior un conjunto de sensores que convierten el olor en una señal eléctrica que es
medida en una computadora. Ésta procesa los datos y efectúa un gráfico que representa
la huella digital del olor.
 "Desde
hace algunos años distintos grupos de investigación en el mundo están desarrollando
dispositivos que se inspiran en el sistema olfativo de los mamíferos superiores",
explica Negri. Así como la nariz humana cumple su función mediante millones de células
receptoras, el olfato artificial se vale de un conjunto de sensores, de diferentes
materiales.
Imitando la nariz humana
¿Puede la nariz artificial equipararse con la humana? Hay sustancias, o compuestos como
el monóxido de carbono, que la nariz humana no detecta, y sí lo puede hacer una
electrónica. Por otro lado, hay matices que un catador de vinos entrenado puede
distinguir, y los dispositivos electrónicos todavía no han logrado diferenciar.
Actualmente existen sensores que detectan, por ejemplo, una pérdida de gas. Se trata de
un material que reacciona frente a determinado compuesto. Sin embargo, para conocer el
estado de descomposición de un pescado, o la diferencia sutil entre un vino y otro, son
necesarios varios sensores que respondan de manera diferente a la concentración en el
aire de diversos compuestos químicos volátiles.
"La clave de una nariz electrónica es la presencia de varios sensores, de diferentes
materiales, que reaccionan de manera distinta frente a las moléculas emitidas por el
producto que queremos detectar", señala Negri. Cada sensor, de un material orgánico
o inorgánico (un óxido, un polímero conductor o un material semiconductor) cambia
alguna de sus propiedades físicas cuando las moléculas de un gas se depositan sobre él.
Hay un intercambio de electrones entre el sensor y el gas, lo que produce, por ejemplo,
una modificación en la conductividad eléctrica, la cual es registrada por un equipo
electrónico como una señal de determinadas características. Las señales producidas por
los distintos sensores son analizadas por un procesador de datos. Asimismo, la computadora
posee una memoria donde se encuentra registrada la respuesta de los distintos sensores a
una gama determinada de compuestos químicos.
Según pasan las horas
A medida que el pescado se va descomponiendo, emite diferentes compuestos olorosos, cada
vez con mayor concentración. El primer día emite ciertas especies químicas; el segundo
día emite las mismas, pero con mayor concentración, y también empieza a producir nuevos
compuestos.
A diferencia de algunos equipos comerciales que ya existen, costosos y de gran tamaño, el
dispositivo desarrollado en la FCEyN es pequeño (del tamaño de una caja de zapatos),
transportable (puede estar conectado con una computadora laptop) y, lo principal, es
económico. Además, puede manipularlo un técnico en un supermercado o, también, una
persona en su casa.
Este dispositivo no puede identificar el tipo de compuesto que produce el olor ni la
concentración en que se encuentra. Y, en este sentido, opera de la misma manera que el
olfato y el gusto humanos, que pueden distinguir lo dulce de lo salado, o lo ácido, e,
incluso, diferenciar la acidez del limón de la del vinagre, pero no puede determinar, por
ejemplo, la concentración de ácido acético. Para indagar el tipo de compuesto y su
concentración existen instrumentos que emplean otra tecnología. Son los que se usan, por
ejemplo, para analizar los contaminantes en la atmósfera.
Negri y su equipo están desarrollando una nariz electrónica apta para distinguir matices
en las esencias y, de este modo, operar en el control de calidad en la fabricación de
perfumes y productos cosméticos. "Estamos en conversaciones con una industria de
perfumes", comenta el investigador, y agrega: "La inversión sería mínima.
Queremos apuntar a vender un equipo barato a pequeñas empresas". Este equipo
resolvería
muchos problemas en el control de calidad, y abarataría costos.
Negri va a presentar su dispositivo para controlar la calidad de los perfumes en el
Décimo Quinto Congreso Latinoamericano e Ibérico de Químicos Cosméticos, que tendrá
lugar en Buenos Aires en el mes septiembre próximo.
El investigador destaca que el diseño de una nariz electrónica es un trabajo
interdisciplinario. Participan los químicos, probando y desarrollando materiales para
sensores; los físicos e ingenieros electrónicos, en lo que se refiere a los circuitos y
chips del hardware; expertos en sistemas, que trabajan en el software; y los especialistas
en estadística, que analizan y procesan los datos.
El software de estos dispositivos consiste en un sistema de redes neuronales, estructuras
que recrean la forma en que se conectan las neuronas humanas. Este sistema emula los
mecanismos mediante los cuales el cerebro humano compara los olores nuevos con los
almacenados en la memoria.
Los investigadores se proponen perfeccionar estos instrumentos. La idea es obtener
dispositivos más pequeños, y más específicos, es decir, que permitan reconocer
diferencias y matices más sutiles. Para ello, trabajan en el desarrollo de materiales
más sensibles.
Dispositivos cada vez más pequeños
Hoy se busca desarrollar sensores cada vez más pequeños, con el fin de que todo el
dispositivo pueda caber en un chip. De este modo, se podrían ampliar las aplicaciones.
Según señala un artículo de la revista New Scientist, la idea es colocarlos, por
ejemplo, en hornos, heladeras, automóviles y hasta teléfonos. Incluso, se podría
fabricar un pequeño dispositivo que permitiera evaluar la calidad de un vino desconocido,
servido en una fiesta, con sólo acercarlo a la copa. Si se prende la luz
verde, todo está bien. Pero si se enciende la luz roja, mejor abandonar la copa con
disimulo sobre una mesa.
El sueño de muchos investigadores es llegar a imitar el olfato de los perros, que pueden
rastrear el olor de la presa de caza a lo largo de kilómetros a través del campo. La
nariz del perro tiene la particularidad de detectar un gran espectro de olores con gran
precisión, aunque se trate de una pequeña cantidad de moléculas dispersas en el aire.
Lo que resulta paradójico para los científicos que se proponen emular el olfato del
perro, es que éste puede oler casi todo, y puede hacerlo con una gran especificidad.
Las narices electrónicas emplean redes neuronales para aprender los patrones de respuesta
asociados con los diferentes olores. Y, antes de ser puestas a trabajar, las narices
tienen que entrenarse en la percepción de determinados olores.
Por ejemplo, en el proceso de elaboración de cerveza puede producirse una falla en el
sabor debido a la presencia de un compuesto químico. Con el fin de que estos dispositivos
puedan detectar si hay una partida de bebida mala, el primer paso es exponer la nariz
electrónica a la cerveza que posea dicho compuesto, y a partidas que no lo posean. Luego
de sucesivas exposiciones, la nariz ya está en condiciones de diferenciar la presencia o
ausencia del compuesto.
En los seres humanos el hardware del olfato reside en, aproximadamente, diez millones de
células sensoras, cada una de las cuales está equipada con alrededor de mil tipos
diferentes de receptores químicos. Al aspirar, las moléculas del olor son atrapadas por
diferentes receptores particulares, que disparan una variedad de señales eléctricas que
son enviadas al cerebro. Los seres humanos pueden percibir un amplio espectro de olores,
por ejemplo un bebé de pocos días puede reconocer a su madre por el olor, así como el
perro puede reconocer el olor de su amo.
Lo que los investigadores se proponen es lograr una mayor especificidad. Si una nariz
puede diferenciar un vino de otro, se busca que además el sistema determine qué
compuestos se encuentran en cada uno de los vinos, y en qué concentración. Básicamente
estos instrumentos tendrán una aplicación fundamental en los sistemas de control de
calidad en la fabricación de bebidas y alimentos.
Las narices electrónicas tal vez se hallen todavía lejos de imitar el olfato de un
perro, capaz de reconocer a la distancia el olor de su amo, o de alcanzar la sensibilidad
de un experimentado catador de vinos. No obstante, los nuevos dispositivos se convertirán
en herramientas indispensables para controlar, con precisión y más allá de las
subjetividades humanas, la calidad de bebidas, alimentos y otros productos, como los
perfumes.
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