home page
  La storia

  Descrizione

  Applicazioni

 
Lo staff

    L'identikit di "Libra Nose"

  • Come è fatto
  • Per saperne di più

    Come è fatto e come funziona. Grande quanto una macchinetta del caffè, alto 15 cm circa, tondo nel primo modello e cubico nell'ultima ideazione uscita da pochi mesi, il naso artificiale dell'università di Roma Tor Vergata non assomiglia per nulla ai comuni "nasi naturali". Ma, creato proprio a partire dal funzionamento degli organi olfattivi biologici, contiene gli elementi più importanti di questi, anche se realizzati artificialmente e quindi con un certo grado di approssimazione rispetto alla Natura. "Il principio su cui si basa lo strumento è molto semplice - spiega il professor Di Natale - Dal punto di vista chimico un odore non è altro che una serie di molecole disperse nell'aria, basta quindi costruire recettori in grado di attirare queste molecole e "decodificarle"".

    La parte superiore dell'apparecchio riproduce la cavità nasale, la parte "sensibile" dunque. All'interno i bulbi olfattivi del naso biologico corrispondono ad alcuni sensori di quarzo. I sensori, in tutto otto in questo modello, sono ricoperti da una sostanza chimica (la metalloporfirina) che ha la capacità di attirare, interagire e inglobare le molecole delle sostanze odorose presenti nell'aria. Ogni sensore è in grado di "captare" diverse caratteristiche dell'odore per fornirne il maggior numero possibile di informazioni. clicca sul graficoLa "rivelazione", cioè la decodificazione dei diversi odori, avviene attraverso la misura della variazione di massa delle molecole assorbite dal quarzo. Semplificando che cosa accade: sui sensori di quarzo si depositano le molecole odorose grazie alla metalloporfirina, così i sensori si appesantiscono e cambiano la loro frequenza (correlata a quanta materia si è depositata). Per questo il naso di Tor Vergata si chiama "Libra Nose", proprio perché formato da microbilance di quarzo capaci di oscillare a 20 MHz e basato sulla variazione di massa. La cavità nasale è stata riprodotta creando una cameretta a tenuta in cui sono inseriti i quarzi, per garantire un'interazione uniforme tra ambiente e sensori. Infine come il naso dell'uomo, se è "sporco", non può sentire bene, così il naso artificiale, per avere una risposta efficace, necessita, ad ogni misurazione, della pulizia dei sensori.
    Nella parte centrale dello strumento si trova l'elettronica di lettura. Una scheda madre gestisce il processo di misura e consente, grazie ad una logica digitale, di acquisire le frequenze da ciascun sensore e di memorizzarle. Possiamo dire che corrisponde alla corteccia cerebrale che si occupa della decodificazione degli odori.
    Nella parte finale dello strumento le microvalvole e le micropompe servono a convogliare l'aria dall'esterno all'interno, per acquisire il campione e quindi gli odori. E' il sistema di flussaggio che riproduce l'apparato respiratorio nel suo aspetto meccanico.

     

    Per saperne di più. Come sono analizzati i dati. Stretto collaboratore del naso elettronico è un PC, dotato di un software di gestione in grado di elaborare i dati raccolti dallo strumento. Ma cosa concretamente fa il naso artificiale? A spiegarlo è sempre il professor Di Natale: "Un semplice confronto tra l'aria ambiente non contaminata dall'odore che si vuole misurare e il campione, cioè l'odore stesso - afferma - La differenza che ne deriva è ciò che in prima approssimazione si può considerare la risposta del sensore. Con otto sensori, otto saranno i numeri (tecnicamente il pattern di risposta) che rappresentano l'esperienza olfattiva. E gli otto numeri sono rappresentati in uno spazio vettoriale apposito, dove ogni misurazione identificherà un punto diverso nello spazio". Ora il problema diventa quello di come classificare i punti in questo spazio. E qui si entra in quella disciplina detta "pattern recognition" dove l'osservazione più semplice che si può fare è che punti vicini in uno spazio derivano da campioni simili (i cui odori quindi sono simili) e che punti lontani da campioni differenti. In conclusione una relazione di differenze e similitudini tra i vari punti cioè odori. Tra le varie tecniche di "pattern recognition" a Tor Vergata ne vengono utilizzate in particolare due:

    L'analisi delle componenti principali, una semplice tecnica di proiezione, che dallo spazio multidimensionale individua le direzioni più significative e consente di proiettarle (come se facessi una foto dall'alto). E' un metodo di proiezione ortogonale quindi presenta una pecca: si possono generare delle false similitudini (pensiamo al classico esempio delle costellazioni in cielo, inventate dall'uomo perché in realtà le stelle che le compongono non si trovano tutte sullo stesso piano).

    una riproduzione del naso artificiale La mappa autorganizzante che invece tenta di riprodurre una particolarità biologica importante, la cosiddetta "mappa sensoriale". Tutta la superficie del nostro corpo è "mappata" da certo numero di neuroni della corteccia cerebrale in modo univoco (non ho punti che si mischiano tra di loro). Questa mappa sensoriale ha due caratteristiche importanti: di prossimità, per cui punti vicini sulla superficie corporea hanno regioni attigue sulla superficie cerebrale; di adattabilità, cioè tiene conto di eventuali nuove situazioni. In questo caso l'effetto ortogonale è completamente assente, qui si ha una relazione uno a uno tra un punto della superficie di una struttura non lineare (il corpo) e l'organizzazione di neuroni nella corteccia cerebrale. L'idea è di utilizzare questa mappa come la usa il corpo umano. I sensori del naso elettronico quando vengono esposti a una miscela di gas, a un odore, generano una sequenza numerica, che si può rappresentare in uno spazio sensoriale. Ad ogni punto nello spazio sensoriale corrisponde un punto sulla mappa. E come avviene nel corpo umano se si dà un pizzico su una mano si attiva un neurone a livello cerebrale che si interpreta come la regione del corpo che è stata toccata, anche nel caso del naso elettronico quando si ha un input nuovo nei sensori, immediatamente si riattiva un neurone sulla mappa. Con questa tecnica si ha la possibilità di prendere questi otto numeri che vivono in uno spazio multidimensionale e rappresentarli in un piano, in modo molto più dettagliato rispetto all'altra tecnica.

     

    torna sopra

    home page

     

    (pubblicazione: maggio 2002)