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Olfatto elettronico: un robot in grado di “annusare” grazie ad un sensore biologico

Un nuovo sviluppo tecnologico dell’Università di Tel Aviv ha permesso a un robot di sentire gli odori utilizzando un sensore biologico. Il sensore invia segnali elettrici in risposta alla presenza di un odore nelle vicinanze che il robot può rilevare e interpretare.

In questo nuovo studio, i ricercatori hanno collegato con successo il sensore biologico a un sistema elettronico e, utilizzando un algoritmo di apprendimento automatico, sono riusciti a identificare gli odori con un livello di sensibilità 10.000 volte superiore a quello di un dispositivo elettronico comunemente utilizzato.

I ricercatori ritengono che, alla luce del successo della loro ricerca, questa tecnologia potrà essere utilizzata in futuro anche per identificare esplosivi, farmaci, malattie e altro ancora.

La ricerca, che intreccia biologia e tecnologia, è stata condotta dalla dottoranda Neta Shvil della Sagol School of Neuroscience dell’Università di Tel Aviv, dal dottor Ben Maoz della Facoltà di Ingegneria Fleischman della Sagol School of Neuroscience, e dai professori Yossi Yovel e Amir Ayali della Scuola di Zoologia e della Sagol School of Neuroscience.

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista Biosensor and Bioelectronics.

Mondo animale vs tecnologia

Il Dr. Maoz e il Professor Ayali spiegano: “Le tecnologie create dall’uomo non possono ancora competere con milioni di anni di evoluzione. Un’area in cui siamo particolarmente indietro rispetto al mondo animale è quella della percezione degli odori. Un esempio di ciò lo si può trovare all’aeroporto: passiamo attraverso un magnetometro che costa milioni di dollari per rilevare se stiamo trasportando dispositivi metallici, ma quando vogliamo controllare se un passeggero contrabbanda droga utilizziamo i cani”.

“Nel mondo animale, gli insetti eccellono nel ricevere ed elaborare i segnali sensoriali. Una zanzara, ad esempio, sa fare qualcosa di impressionante: può rilevare una differenza dello 0,01% nel livello di anidride carbonica nell’aria. Oggi siamo ben lontani dal produrre sensori le cui capacità si avvicinino a quelle degli insetti”.

Dato che la tecnologia non è ancora all’altezza delle capacità dei sensori olfattivi biologici (animali), che sono leggeri, robusti, versatili e sensibili, gli scienziati si stanno rivolgendo a un nuovo approccio: i sensori bio-ibridi.

Questi sensori combinano sensori biologici animali con componenti elettronici per ottenere la massima rilevazione e classificazione, trasmettendo al contempo un segnale comprensibile all’utente finale.

I ricercatori sottolineano che, in generale, i nostri organi sensoriali, come l’occhio, l’orecchio e il naso, utilizzano recettori che identificano e distinguono diversi segnali. Successivamente, l’organo sensoriale traduce questi risultati in segnali elettrici, che il cervello decodifica come informazioni. La sfida dei biosensori sta nel collegare un organo sensoriale, come il naso, a un sistema elettronico che sappia decodificare i segnali elettrici ricevuti dai recettori.

Robot usato durante l’esperimento presso l’Università di Tel Aviv

Come si è svolto l’esperimento

Gli scienziati hanno creato un discriminatore di odori bio-ibrido utilizzando l’apparato olfattivo primario della locusta del deserto (le sue antenne), insieme a una semplice tecnologia di elettroantennogramma e a strumenti di intelligenza artificiale per l’analisi del segnale.

Il Professor Yovel spiega: “Abbiamo collegato il sensore biologico e gli abbiamo fatto annusare diversi odori mentre misuravamo l’attività elettrica indotta da ciascun odore. Il sistema ci ha permesso di rilevare ogni odore a livello dell’organo sensoriale primario dell’insetto. Poi, nella seconda fase, abbiamo usato l’apprendimento automatico per creare una “raccolta” di odori.

“Nello studio, per individuare il limone e il marzapane abbiamo utilizzato 8 odori. In realtà, dopo la fine dell’esperimento, abbiamo continuato a identificare altri odori insoliti, come i vari tipi di whisky scozzese.”

Un confronto con i dispositivi di misurazione standard ha dimostrato che la sensibilità del naso dell’insetto nel loro sistema è circa 10.000 volte superiore a quella dei dispositivi in uso oggi.

In futuro, i ricercatori intendono dotare il robot di una capacità di navigazione che gli consenta di localizzare la fonte dell’odore e, successivamente, la sua identità.

Conclusioni

Il dottor Maoz conclude: “La natura è molto più avanti di noi, quindi dovremmo usarla. Il principio che abbiamo dimostrato può essere utilizzato e applicato ad altri sensi, come la vista e il tatto.”

“Per esempio, alcuni animali hanno capacità sorprendenti nell’individuare esplosivi o droghe; la creazione di un robot con un naso biologico potrebbe aiutarci a preservare le nostre vite e a identificare i criminali in un modo che oggi non è possibile. Alcuni animali sanno individuare le malattie. Altri sono in grado di percepire i terremoti. Potrebbero aiutarci in maniera incredibile.”