La tecnología, desarrollada por investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalem, imita el funcionamiento de la nariz humana y transfiere las moléculas volátiles de las sustancias a un análisis computarizado después de haber sido detectadas por los sensores de la máquina. ¿Cuáles podrían ser sus usos en el futuro?
Nuestra nariz tiene solo unos 400 receptores y, sin embargo, podemos oler millones de olores diferentes que se transportan en el aire en forma de moléculas volátiles. Los receptores que tenemos no son específicos para cada olor, pero de todos modos podemos detectar una amplia variedad debido a que las moléculas volátiles que se unen a los receptores se procesan en el cerebro, que sabe cómo traducir el patrón especial de enlace de las moléculas y detectar olores específicos. Además, nuestro cerebro aprende y cataloga los aromas que algunas vez encontramos, por lo que reconocemos ciertos aromas incluso sin visualizar el objeto que olemos.
En el laboratorio del profesor Oded Shoseiov, en la Facultad de Agricultura de la Universidad Hebrea de Jerusalem, un equipo de investigadores dirigido por el estudiante de doctorado Vlad Shumeyko, desarrolló una nariz computarizada que imita el funcionamiento combinado de nuestra nariz y nuestro cerebro y reconoce diferentes olores procesando y analizando la forma en que las moléculas volátiles se unen al receptor. El estudio, realizado en colaboración con el profesor Yossi Paltiel y el profesor Zvi Hayouka, de la Universidad Hebrea, y la doctora Gili Bisker, de la Universidad de Tel Aviv, se publicó recientemente en la revista Biosensors and Bioelectronics.
“La intención era desarrollar un dispositivo universal que pudiera detectar diferentes olores sin tener que producir un sensor separado para cada nuevo olor”, explicó Shumeyko. “En millones de años de evolución, la naturaleza ha creado herramientas asombrosas para lidiar con los desafíos cotidianos de manera muy efectiva, por lo que decidimos aprender de ella. El dispositivo que desarrollamos simula la forma en que funciona nuestra nariz”, agregó.
El equipo de investigación ha introducido por primera vez el uso de propiedades ópticas especiales de los nanotubos de carbono y moléculas nanométricas (un millón de veces más pequeñas que un milímetro) con el fin de detectar las sustancias volátiles. Los nanotubos de carbono cuentan con muchas características especiales, incluida la emisión de luz en el rango infrarrojo. Con la ayuda de ajustes químicos de los nanotubos de carbono, éstos pueden unirse a sustancias específicas y reaccionan cambiando la señal óptica.
La nariz óptica diseñada por los investigadores tiene una serie de sensores formados por nanotubos de carbono que imitan los receptores en la nariz, y la unión de moléculas volátiles a ellos provoca un cambio en la señal óptica en esos sensores. Así, el olor se convierte en realidad en una imagen. La señal óptica recibida se transfiere automáticamente a análisis mediante el llamado ‘aprendizaje profundo’ (un conjunto de algoritmos de aprendizaje automático que intenta modelar abstracciones de alto nivel en datos), y así el sistema aprende a detectar diferentes olores y moléculas de forma similar a nuestro cerebro.
“Hoy, el sistema sabe cómo detectar decenas de olores diferentes, y esto recién empieza”, dijo Vald Shumeyko. “La máquina es incluso más eficiente que la nariz humana porque puede detectar olores que nosotros no podemos. Por ejemplo, no solo sabrá distinguir entre el olor a cerveza, vodka y vino, sino que también sabrá qué alcohol está dentro de la bebida, etanol, metanol, propanol y más. Si le vendieran una bebida alcohólica falsificada, la máquina lo sabría en cuestión de segundos”, añadió.
El profesor Shusiov expresó: “Además de los muchos y variados usos en el campo de los alimentos, como la detección de alcohol falsificado o alimentos en mal estado o envenenados, hay muchas otras aplicaciones de esta tecnología. En estos momentos, la mayoría de las noticias están relacionadas con el coronavirus. Como otras enfermedades virales que atacan las vías respiratorias, también el COVID-19 provoca cambios en el perfil de las moléculas volátiles emitidas por los pacientes mientras respiran. Potencialmente, el sistema se puede utilizar para identificar rápidamente a los pacientes con coronavirus de una manera no invasiva analizando sus exhalaciones. Estos son solo algunos ejemplos aislados del potencial que tiene nuestra tecnología”.
