|
ricerca&società |
|
Area del CNR-Tor Vergata |
|
SENSORI E MICROSISTEMI |
|
|
CORRADO DI NATALE Dipartimento di Ingegneria Elettronica Università "Tor Vergata", Roma |
|
|
|
|
|
|
ROBERTO
PAOLESSE |
ANTONELLA MACAGNANO, EUGENIO
MARTINELLI, GIULIANO STILLO, PAOLO DE GASPERIS P.S. "Sensori e Microsistemi" del CNR, Roma, Area della Ricerca di Tor Vergata |
|
|
L'ODORE CORRE SUL FILO: |
||
|
IL NASO ELETTRONICO |
RICONOSCE | |
| TRASMETTE E | ||
|
Rimane competitivo sia in termini di efficienza energetica sia come emissioni gassose |
GENERA GLI ODORI |
INTRODUZIONE
Lo studio e la modellizzazione di un fenomeno tanto complesso quale quello degli odori coinvolge ormai da anni il lavoro di molti istituti di ricerca di tutto il mondo. Il problema iniziale che si trova ad affrontare chiunque voglia cimentarsi nell'argomento è la definizione delle grandezze da misurare. Caratterizzare un fenomeno fisico, infatti, equivale in prima istanza all'effettuazione di misure atte a determinare il valore di una grandezza tramite il suo rapporto con un'unità presa a riferimento. L'odore è in generale una miscela complessa di più specie chimiche e, quindi, non è caratterizzabile tramite l'estrazione di una semplice grandezza sintetica. Quindi la necessità di avere a disposizione uno strumento che permetta un'analisi oggettiva dell'odore ha posto le basi per la costruzione del naso elettronico che sta assumendo importanza crescente in innumerevoli applicazioni tra cui, per esempio, il processo di riconoscimento, trasmissione e generazione degli odori.
|
Naso elettronico "Libranose" |
 |
IL NASO ELETTRONICO
Il Naso Elettronico "Libranose" (in figura), ideato, progettato e costruito nei laboratori di Sensori e Microsistemi della Facoltà di Ingegneria Elettronica dell'Università di Roma "Tor Vergata" e del Progetto "Sensori e Microsistemi" (PSM), Area della Ricerca del CNR di Tor Vergata, si propone l'obiettivo di diventare nel prossimo futuro uno strumento ad alta precisione per la classificazione ed il riconoscimento degli odori percepibili e non percepibili dall'olfatto umano.
Questo strumento è concepito per effettuare analisi di tipo qualitativo, pertanto segue l'approccio più vicino al mondo naturale, essendo stato ideato proprio a partire dall'analisi del funzionamento delle
strutture biologiche olfattive.
L'apparato sensibile di tale strumento è costituito da una matrice di 8 sensori al quarzo ricoperti ciascuno da un'opportuna membrana chimica (costituita da metallo-porfirina) che ha la caratteristica di essere non selettiva rispetto alle sostanze volatili presenti nell'ambiente generalizzato che la circonda.
Questo aspetto conferisce alle membrane la capacità di "sentire" lo stesso odore in maniera differente l'una dall'altra ed in tal modo l'insieme delle risposte contiene l'informazione dell'immagine olfattiva dell'odore analizzato.
Questi sensori basano il loro principio di trasduzione su una variazione della frequenza di oscillazione di oscillatori al quarzo. Quando le specie chimiche presenti nell'ambiente si legano in maniera reversibile sulle membrane, la struttura si appesantisce variando la propria massa, la quale determina, a sua volta, una variazione della frequenza di oscillazione del quarzo. Sono proprio queste 8 variazioni di frequenza che rappresentano l'immagine olfattiva dell'odore ed il punto di partenza per qualsiasi tipo di analisi dei dati.
In sintesi, è possibile affermare che le membrane chimiche svolgono la funzione dei recettori naturali, mentre le microbilance al quarzo rappresentano i trasduttori.
La cavità nasale (narice) è stata riprodotta progettando un'opportuna cameretta a tenuta, nella quale sono inseriti i quarzi, in modo tale da garantire un'uniforme interazione tra ambiente e sensori.
L'odore sotto analisi viene convogliato nella camera di misura attraverso un sistema di microvalvole e micropompe che permette di controllare la quantità di sostanza durante le due fasi di pulizia e di misura.
Il campo delle applicazioni nel quale un naso elettronico può essere incluso è vasto ed eterogeneo. Si pensi all'ambito agro-alimentare, in particolare per quello che riguarda l'analisi della qualità e della freschezza dei cibi oppure la rilevazione di sostanze inquinanti contenute nell'acqua o nell'atmosfera (ovvero i molteplici aspetti del monitoraggio ambientale), senza dimenticare gli interessanti studi che recentemente hanno riguardato fortemente il campo della medicina. In questo contesto è emersa una correlazione tra l'odore emesso dalla pelle e la presenza di alcune patologie quali, ad esempio, il tumore ai polmoni, il diabete, l'ulcera e le malattie epatiche. Tali risultati inducono a pensare che le informazioni raccolte tramite il naso elettronico potrebbero avere un ruolo fondamentale nella prevenzione medica. Infine, non è affatto da trascurare un vantaggio che un simile strumento offre: quello cioè di effettuare misure in situ di sostanze tossiche, là dove l'uomo non può operare, e trasmettere i risultati ad un sistema remoto in grado di analizzarli e di ottenere quindi da essi tutte le possibili informazioni di carattere olfattivo.
TRASMISSIONE DEGLI ODORI
Lo scorso mese di giugno presso l'Area della Ricerca del CNR di Tor Vergata è stato realizzato con successo il primo esperimento di trasmissione a distanza di odori.
La possibilità di trasmettere un odore, o meglio la sua percezione olfattiva, in un qualsiasi punto del Pianeta per mezzo di Internet o di un semplice cellulare rende possibili molteplici applicazioni, per esempio nell'ambito della telemedicina. In un futuro non troppo lontano il medico potrà controllare lo stato dei suoi assistiti analizzando l'odore emesso dal loro corpo durante tutta la giornata.
Il principio della trasmissione a distanza della percezione odorosa si basa sulla capacità del naso elettronico di mettere a disposizione di un sistema ad esso gemello la sua memoria olfattiva, in modo da trovare un linguaggio comune con cui successivamente comunicare e permettere il passaggio d'informazione ed il riconoscimento degli odori. I due sistemi sono costituiti rispettivamente da un computer, dal naso elettronico e dal generatore di odori che in questo nostro primo esperimento è composto da tre sostanze (pomodoro, basilico ed olio).
Esisterà una prima fase d'addestramento in cui si determinerà la matrice di trasformazione che lega gli spazi caratterizzanti i due sistemi sensoriali. Per far questo vengono utilizzate le immagini olfattive che si ottengono dai due nasi elettronici in presenza di un gruppo di sostanze prese come riferimento. Questa matrice rappresenta il "linguaggio" che i due sistemi utilizzeranno per comunicare fra loro.
Una volta che questa matrice viene calcolata, sarà possibile per uno dei sistemi (Naso Locale) "sentire" un odore sconosciuto e trasmetterlo all'altro sistema (Naso Remoto) che lo riconoscerà attraverso il confronto con la sua memoria olfattiva e successivamente potrà ricrearlo in situ a partire da una combinazione di odori base.
In futuro sarà sempre più frequente l'utilizzo della trasmissione degli odori in innumerevoli campi d'applicazione, così come è avvenuto per immagini e suoni, aumentando la quantità d'informazioni accessibili dall'ambiente circostante. L'esperimento di Tor Vergata ha dimostrato la fattibilità di tale processo, aprendo la strada verso sistemi sempre più complessi che permettono il riconoscimento e la sintesi di qualsiasi tipo di odore.
| Summary | ||
 |
The recent interest in the field of artificial sensor arrays able to reproduce the olfactive system of the living beings made possible the design and the realization of instruments like electronic nose which nice be employed in numerous application fields. One of these concerns the recognition and transmission of odours. |
In the future it will be possible, through the olfactive memory of local electronic nose, to recognize an odour analyzed by an other electronic nose set faraway and anywhere on the earth and eventually to reconstruct the same olfactive sensation. |