Se ne parla fin dagli anni ’80 del secolo scorso ed è stato definito, nel 1994, come “uno strumento comprendenti una serie di sensori chimici con una parziale specificità e un adeguato sistema di pattern recognition (PR), in grado di riconoscere odori semplici o complessi (Gardner & Bartlett). È una delle prime definizioni del naso elettronico, uno strumento come quello che un team del Politecnico presenterà oggi a Milano durante la manifestazione MeetMe Tonight, ovvero la Notte Europea dei Ricercatori: un’iniziativa che si svolge simultaneamente ogni anno in tutta Europa l’ultimo venerdì di settembre e che oggi vedrà allestiti eventi di divulgazione scientifica in circa 300 città in 24 nazioni europee.
Di nasi elettronici ha parlato a ilsussidiario.net Laura Capelli del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano.
Dovendo dare una definizione più scientifica, cosa possiamo dire di un naso elettronico?
In realtà l’espressione “naso elettronico”, benché inizialmente sia stato molto criticato, è ormai generalmente accettato anche dalla comunità scientifica e ormai anche nelle pubblicazioni specializzate si identificano queste apparecchiature proprio come nasi elettronici. Se vogliamo, potremmo chiamarlo sistema olfattivo artificiale; ma tutti preferiscono la denominazione storica che è certo più incisiva.
Che cosa presenterete oggi al pubblico milanese?
Presenteremo il naso elettronico su cui stiamo lavorando da oltre una decina d’anni in vista di applicazioni nel monitoraggio ambientale e per la valutazione di impatto olfattivo; quindi per la rilevazione di odori o di rilasci industriali che emettono odori sgradevoli. Abbiamo perciò addestrato lo strumento a riconoscere una serie di odori, facilmente apprezzabili anche dal pubblico, e mostreremo la sua abilità nell’individuarli, a volte anche meglio dello stesso naso umano.
Come è fatto un naso elettronico?
Ce ne sono di vari tipi. Quello che sarà impiegato allo stand di MeetMe Tonight è piuttosto ingombrante e non è certo classificabile tra i portatili: è alto più di un metro e pesa qualche decina di chili. Ci sono però anche strumenti portatili, anzi, sono già in commercio; ma non sono adatti per le nostre attività di monitoraggio ambientale. Quelli che noi portiamo in campo hanno bisogno di tutta una serie di accessori necessari per rendere le risposte stabili anche con condizioni atmosferiche (temperatura, umidità ecc) variabili.
Su quali tecnologie si basa?
Concettualmente e qualcosa di abbastanza semplice. È un sistema che cerca di emulare il sistema olfattivo dei mammiferi e comprende tre parti. Una parte di sensori, che hanno la funzione di rilevare la presenza e catturare le molecole di origine e possono essere costituiti da differenti substrati, tra i quali molto comune sono quelli a ossidi di semiconduttori. I sensori svolgono l’attività che nel nostro naso è svolta dai recettori olfattivi. C’è poi una parte dedicata alla trasformazione ed elaborazione del segnale e di compressione dell’informazione: è quello che per noi fa il cosiddetto bulbo olfattivo nasale. Infine c’è il software, con degli algoritmi particolari in grado di decodificare il segnale e arrivare al vero e proprio riconoscimento dell’odore; questa fase, come è evidente, emula ciò che succede nella nostra corteccia cerebrale.
Sono strumenti che operano autonomamente o richiedono la presenza costante di un addetto?
Strumenti come il nostro operano in modo assolutamente autonomo. Quello che serve è una fase precedente di addestramento, che lo abiliti a riconoscere determinati odori; se gli sottoponiamo un odore per il quale non è stato addestrato, lo considera come sconosciuto.
Come si è evoluta la tecnologia del naso elettronico?
Si è evoluta moltissimo. Quando abbiamo iniziato a lavorarci avevamo a che fare solo con dei sensori e con dei software abbastanza primitivi. Poi c’è stato un deciso avanzamento sia nei sensori, che sono sempre più precisi, stabili e affidabili, sia negli software di riconoscimento, che sono sempre più sofisticati e fanno ricorso agli algoritmi genetici, alle reti neurali artificiali e altri strumenti adatti all’elaborazione del segnale.
Su cosa si è concentrato il vostro gruppo di ricerca al Politecnico?
Dato il campo da cui proveniamo, che è quello del monitoraggio ambientale, nel nostro gruppo abbiamo cercato di sviluppare uno strumento che potesse essere utilizzato direttamente nell’ambiente esterno e in condizioni atmosferiche molto variabili.
Pensate di approfondire le ricerche anche collegandovi a qualche progetto europeo?
Devo dire che per la prima volta un programma europeo, l’Horizon 2020 al quale sono rivolte le aspettative di tanti ricercatori, fa esplicita menzione del tema dell’odore; quindi il nostro gruppo, al Laboratorio olfattometrico del Politecnico, è particolarmente interessato a una partecipazione. Il fatto poi che lo stesso Horizon 2020 parli della necessità del controllo degli odori nell’ambito dei sistemi di allevamento, ci sta stimolando a proporre qualche progetto, attivando anche la rete dei rapporti e delle collaborazioni internazionali in cui siamo coinvolti.
Si trovano già nasi elettronici in commercio? Per quali applicazioni?
Di nasi elettronici in commercio c’è n’è ormai di ogni tipo. Vengono molto utilizzati nell’industria alimentare, sia per il controllo dei cibi deteriorati o scaduti sia per il riconoscimento della materie prime. Altre applicazioni diffuse sono in campo cosmetico. Più recente è l’impiego nel settore ambientale; anche se molto interessante. Spesso infatti in un impianto di depurazione o di smaltimento rifiuti non basta il consueto monitoraggio degli inquinanti più noti e può essere prezioso il riconoscimento dal punto di vista olfattivo.
Altre interessanti applicazioni del naso elettronico si stanno diffondendo in campo medico, nella diagnostica di certe patologie.
A quando la prima app, che trasforma il nostro smartphone in un naso elettronico?
Può sembrare un puro esercizio di fantasia, ma in realtà non siamo così lontani; è qualcosa di cui si inizia a parlare.