Grazie all’intelligenza artificiale, è ora possibile identificare se un alimento è deteriorato o presenta allergeni diffusi. Un innovativo dispositivo olfattivo elettronico, chiamato Schnoz, creato da ricercatori dell’Università della California a Berkeley (UC Berkeley, USA), riesce a captare le emanazioni tipiche del deterioramento alimentare con un’accuratezza superiore a quella dell’olfatto umano, identificando inoltre sostanze come noci e arachidi, riconosciute tra i principali responsabili di allergie gravi.
La tecnologia si basa su un array di 16 microsensori gassosi, ciascuno calibrato per reagire a una specifica combinazione di composti volatili.
Possiamo paragonarlo a un sistema di recettori gustativi digitali, in cui ogni sensore integrato nel chip reagisce in maniera specifica alle diverse molecole gassose con cui entra in contatto – afferma Carla Bassil, prima autrice della ricerca – Ognuno dei 16 sensori dispone di un rivestimento sensibile unico e opera trasformando le interazioni chimiche tra la superficie sensoriale e le molecole gassose in impulsi elettrici
Attraverso tecniche di machine learning, il team ha istruito un algoritmo a identificare le configurazioni di risposta sensoriale correlate a sette differenti prodotti alimentari: fragola, mirtillo, banana, noce, nocciola, anacardi e arachide. Il sistema è stato inoltre addestrato a riconoscere l’odore di pollo non cotto, latte e uova, sia freschi che lasciati a temperatura ambiente per 24 e 48 ore.
Dopo diverse ottimizzazioni, il dispositivo si è dimostrato capace di rilevare appena 0,05 grammi di noce isolata, equivalente a circa un centesimo di una noce sgusciata standard. Resta tuttavia da verificare l’efficacia del sistema in contesti più complessi, come quando le noci sono mescolate in un’insalata o in un dolce, oppure quando il cibo deteriorato si trova in frigorifero accanto ad altri prodotti.
L’obiettivo è sfruttare la selettività relativa dei sensori gassosi, combinata con le potenzialità di riconoscimento dei pattern dell’intelligenza artificiale, per determinare quale firma gassosa corrisponde a ciascun prodotto alimentare. Ne deriva un chip sensoriale molto più sensibile e oggettivo rispetto all’olfatto umano
Benché l’idea di naso elettronico risalga agli anni ’80, la sua implementazione pratica si è dimostrata ardua. I sensori gassosi individuali, simili a quelli dei rilevatori domestici di monossido di carbonio, sono relativamente facili da fabbricare, ma combinare diversi rivestimenti sensibili su un unico chip rappresenta una sfida tecnologica notevole.
Gran parte di queste complessità sono state risolte impiegando come elemento conduttore nanotubi di carbonio (anziché ossidi metallici), capaci di formare strati dello spessore di pochi nanometri, da cinquanta a centomila volte più sottili di un capello, e la cui estesa superficie conferisce proprietà particolari, inclusa un’elevata sensibilità anche a temperatura ambiente.
L’adozione di una configurazione operante a temperatura ambiente, piuttosto che ad alte temperature, ha consentito ai ricercatori di selezionare una gamma più vasta di materiali sensibili ai gas, compresi quelli che potrebbero deteriorarsi se esposti al calore, come i polimeri, permettendo inoltre di fabbricare il chip mediante un semplice procedimento denominato drop casting, evitando tecniche più elaborate.
L’elemento davvero scalabile del mio naso elettronico risiede nella possibilità di impiegare tutti questi differenti materiali sensibili depositandoli in un’unica fase
I ricercatori hanno ora realizzato una versione trasportabile del dispositivo olfattivo elettronico utilizzabile tramite un’applicazione per iPhone, che intendono testare in contesti più diversificati, proseguendo nel miglioramento di sensibilità e affidabilità.
Ritengo che i frigoriferi intelligenti, quelli equipaggiati con sensori gestibili via smartphone, costituirebbero un’applicazione ideale per questa tecnologia. Quanto sarebbe utile se il vostro frigorifero potesse avvisarvi con messaggi tipo “Attenzione, i broccoli stanno per deteriorarsi, conviene consumarli”, oppure “Il pollo è all’ultimo giorno utile”?
Lo studio è stato pubblicato su Science Advances.
Fonti: UC Berkeley / UC Berkeley/Youtube / Science Advances