Il nostro senso dell’olfatto è uno strumento straordinario, capace di distinguere un’enorme varietà di odori, spesso anche molto simili tra loro. Questa capacità biologica è difficile da replicare artificialmente. I nasi elettronici tradizionali sono già in uso in diversi settori, come la sicurezza alimentare o il rilevamento di gas in ambito industriale. Tuttavia, questi sistemi attuali incontrano difficoltà nel distinguere differenze sottili tra odori simili o nell’analizzare composizioni olfattive complesse. Ad esempio, faticano a differenziare profumi floreali con note simili o a individuare l’odore debole di un frutto che sta per deteriorarsi. Questa limitazione ha creato una forte domanda per tecnologie di nasi elettronici di nuova generazione che offrano maggiore precisione, sensibilità e adattabilità.
Rispondendo a questa esigenza, un team di ricerca del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) ha sviluppato quello che viene definito un “naso elettronico AI di nuova generazione“. Questa innovativa tecnologia è capace di distinguere gli odori in modo simile al sistema olfattivo umano e di analizzarli utilizzando l’intelligenza artificiale.
Ispirato dalla biologia, realizzato con la tecnologia
L’ispirazione per questo nuovo dispositivo viene direttamente dal meccanismo biologico umano chiamato codifica combinatoria. Nel nostro naso, una singola molecola odorante attiva più recettori olfattivi diversi, creando un pattern unico di segnali neurali. Mimando questo principio, i ricercatori hanno progettato sensori che rispondono alle molecole odoranti generando combinazioni distinte di segnali elettrici.
Il cuore del dispositivo è un array di sensori sensibili, creato utilizzando un laser per elaborare un sottile materiale a base di carbonio (grafene) e incorporando un nano catalizzatore di ossido di cerio. Un aspetto chiave è il metodo di fabbricazione laser in un unico passaggio, che rende la produzione più efficiente e non richiede attrezzature complesse.
Come funziona l’olfatto artificiale
Il processo è simile a quello biologico: le molecole odoranti vengono convertite in segnali elettrici. Ma la vera innovazione sta nell’integrazione con l’intelligenza artificiale. Il sistema AI viene addestrato su questi pattern di segnale unici generati dai sensori, imparando a riconoscere e classificare una vasta gamma di odori con grande accuratezza. L’intelligenza artificiale è fondamentale per analizzare i pattern di segnale complessi e distinguere così gli odori. Questo approccio combinato porta a una piattaforma di olfatto artificiale ad alte prestazioni che supera le tecnologie esistenti.
Prestazioni e versatilità
I test condotti sul dispositivo hanno dimostrato risultati promettenti. È stato in grado di identificare con successo nove fragranze comunemente utilizzate in profumi e cosmetici con un’accuratezza superiore al 95%. Inoltre, il sistema può anche stimare la concentrazione di ciascun odore, consentendo un’analisi olfattiva dettagliata.
Oltre alle sue capacità di rilevamento, il dispositivo presenta importanti vantaggi fisici: è ultra-sottile, flessibile e altamente resistente. La sua durabilità è notevole; può essere piegato più di 30.000 volte attorno a un raggio di 2,5 mm senza subire degrado delle prestazioni. Queste caratteristiche lo rendono particolarmente adatto per l’integrazione in dispositivi indossabili o in cerotti applicati direttamente sulla pelle o sui vestiti.
Ampie possibilità di applicazione
La capacità di questo naso elettronico di rilevare e analizzare un’ampia varietà di odori in modo preciso apre le porte a numerose applicazioni. I campi di maggiore interesse includono:
- Sanità Personalizzata: Potrebbe essere utilizzato per monitorare biomarcatori olfattivi nel sudore o nell’alito legati a specifiche condizioni di salute.
- Monitoraggio Ambientale: Permetterebbe il rilevamento preciso di inquinanti atmosferici o altre sostanze nocive nell’ambiente.
- Industria delle Fragranze e Cosmetici: Offrirebbe strumenti avanzati per il controllo qualità, lo sviluppo di nuovi prodotti e l’analisi dettagliata delle composizioni profumate.
Il Professor Hyuk-jun Kwon, a capo del team di ricerca, ha sottolineato come l’innovazione chiave risieda nell’integrazione di più sensori con proprietà diverse, simili a quelle del naso umano, in un’unica unità tramite un processo di fabbricazione laser selettivo in un unico passaggio. Il team sta attivamente lavorando per espandere lo sviluppo e la commercializzazione di questa tecnologia.
In conclusione, questo naso elettronico potenziato dall’intelligenza artificiale rappresenta un significativo passo avanti nella nostra capacità di “annusare” il mondo artificialmente. Mimando la complessità del nostro olfatto e sfruttando la potenza dell’AI, questa tecnologia promette di rivoluzionare diversi settori, migliorando la nostra vita quotidiana e aprendo nuove frontiere nel monitoraggio della salute e dell’ambiente.
Lo studio che descrive questa tecnologia è stato pubblicato sulla rivista ACS Nano.
Stefano Camilloni
