I nanotubi di carbonio rendono il naso elettronico adatto all'uso quotidiano per la prima volta
Il frigorifero intelligente del futuro: l’“E-nose” segnala la presenza di pollo avariato e di allergeni della frutta a guscio
La maggior parte di noi ha già fatto ricorso all’“annusata” per decidere se una bottiglia di latte leggermente scaduta o una confezione di cibo da asporto di una settimana fa siano ancora commestibili. Ma sebbene il naso umano possa essere piuttosto perspicace, non sempre riesce a cogliere ogni cosa. Ogni anno, milioni di persone negli Stati Uniti si ammalano a causa di agenti patogeni di origine alimentare che proliferano negli alimenti poco cotti o avariati.
Carla Bassil è una dottoranda al quarto anno in ingegneria elettrica e informatica presso l’Università della California, Berkeley, e fa parte del Javey Research Group.
Brandon Sánchez-Mejia/UC Berkeley
Fortunatamente per la salute dei nostri stomaci, un nuovo “naso elettronico” sviluppato presso l’Università della California a Berkeley è in grado di rilevare gli odori associati al cibo avariato con una precisione di gran lunga superiore a quella del naso umano. È inoltre in grado di individuare la presenza di allergeni alimentari comuni, come noci e arachidi, che possono rivelarsi letali per chi soffre di intolleranze. Il “naso” è descritto in un nuovo studio pubblicato sulla rivista *Science Advances*.
«Penso che i frigoriferi “intelligenti” — dotati di sensori che si possono controllare dal proprio telefono — rappresenterebbero un’ottima applicazione per questo tipo di tecnologia», ha affermato l’autrice principale dello studio, Carla Bassil, dottoranda in ingegneria elettrica e informatica a Berkeley. «Non sarebbe fantastico se il tuo frigorifero potesse dirti: “Ehi, i tuoi broccoli stanno per andare a male, quindi forse dovresti mangiarli”? Oppure: “Il tuo pollo è ormai alla fine della sua conservabilità”?»
Il nuovo ‘naso’ artificiale è costituito da una matrice di 16 minuscoli sensori di gas, ciascuno dei quali è sensibile a una combinazione leggermente diversa di composti gassosi.
«Si può pensare a questo sistema come a una sorta di set di papille gustative digitali, in cui ogni sensore su questo chip risponde in modo unico alle varie molecole gassose a cui viene esposto», ha spiegato Bassil durante un intervento al ‘UC Grad Slam’ dedicato alla sua ricerca. «Ciascuno di questi 16 sensori è dotato di una pellicola sensibile diversa e funziona convertendo le reazioni chimiche tra la superficie del sensore e la molecola di gas in segnali elettrici».
Utilizzando l’apprendimento automatico, Bassil ha addestrato un modello a riconoscere i profili di risposta dei sensori associati a sette alimenti diversi: fragola, mirtillo, banana, noce, nocciola, anacardo e arachide. Lo ha inoltre addestrato a riconoscere l’odore del pollo crudo, del latte e delle uova sia quando erano freschi sia dopo essere stati lasciati a temperatura ambiente per 24 e 48 ore.
Bassil ha scoperto che il «naso» era abbastanza sensibile da rilevare 0,05 grammi di noce isolata, pari a circa un centesimo di una noce sgusciata media. Tuttavia, deve ancora testare la sensibilità del dispositivo in ambienti in cui sono presenti altri gas, ad esempio quando le noci sono in un’insalata o in una torta, oppure quando il cibo avariato si trova in un frigorifero insieme ad altri alimenti.
«L’idea è quella di utilizzare la selettività relativa dei sensori di gas, abbinata alle capacità di riconoscimento dei modelli offerte dall’apprendimento automatico, per individuare quale impronta gas sia associata a ciascun alimento», ha spiegato Bassil. «Il risultato è un chip sensore molto più sensibile e molto più oggettivo di quanto possa mai essere qualsiasi naso umano».
Sebbene il concetto di “naso elettronico” esista fin dagli anni ’80, dare vita a questa tecnologia si è rivelato complesso. I sensori per singoli gas, come quelli presenti nei rilevatori di monossido di carbonio domestici, sono relativamente semplici da produrre. Ma integrare una serie di diverse pellicole sensibili su un unico chip è molto più difficile.
Bassil ha superato molte di queste sfide utilizzando nanotubi di carbonio come materiale conduttivo, anziché ossidi metallici. I nanotubi di carbonio possono formare strati spessi solo pochi nanometri, ovvero l’equivalente di pochi atomi, o un centesimo di un capello umano. La loro ampia superficie conferisce loro molte qualità speciali, tra cui un’elevata sensibilità a temperatura ambiente.
L’utilizzo di una struttura del dispositivo che funziona a temperatura ambiente — anziché dover essere riscaldata — ha permesso a Bassil di scegliere una più ampia varietà di materiali sensibili ai gas, compresi quelli che potrebbero degradarsi ad alte temperature, come i polimeri. Le ha inoltre consentito di realizzare il chip sensibile utilizzando un processo semplice chiamato “drop casting”, anziché ricorrere a tecniche più complesse.
«L’aspetto veramente scalabile del mio naso elettronico è che possiamo utilizzare tutti questi diversi tipi di materiali sensibili depositandoli tutti in un unico passaggio», ha affermato Bassil.
Sebbene non sia inclusa nel nuovo studio, Bassil ha ora creato una versione portatile del naso elettronico che può essere gestita tramite un’app per iPhone. Ha in programma di testare la prossima generazione del dispositivo in una più ampia varietà di ambienti, continuando al contempo a migliorarne la sensibilità e l’affidabilità.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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