Alcuni gruppi di ricerca hanno sviluppato un naso elettronico in grado di poter funzionare in numerosi contesti applicativi. Questo strumento, caratterizzato da elevata precisione, è stato concepito per la classificazione ed il riconoscimento degli odori percepibili e non percepibili dall’olfatto umano.
Esso consente analisi di tipo qualitativo, pertanto ricalca l’approccio più vicino al mondo naturale, essendo stato ideato proprio a partire dal funzionamento degli apparati biologici. Il sistema olfattivo si compone di un naso elettronico e di un personal computer ad esso connesso, dotato di un opportuno software dedicato all’elaborazione dei dati.
L’apparato sensibile è costituito in generale da una matrice di 8 sensori al quarzo ricoperti ciascuno di una opportuna sostanza chimica (metalloporfirina), detta materiale chimicamente interattivo (MCI), con la caratteristica di non essere selettiva rispetto alle sostanze volatili presenti nell’ambiente da analizzare.
Questo aspetto conferisce a ciascuna di tali sostanze la capacità di “sentire” diverse caratteristiche dell’atmosfera circostante, in modo che la combinazione delle risposte fornisca un’immagine olfattiva la più completa possibile.
Questi sensori basano il loro principio di trasduzione su una variazione della frequenza di oscillazione; infatti quando le specie chimiche presenti nell’ambiente si legano in maniera reversibile ai Materiali Chimicamente Interattivi (MCI), la struttura si appesantisce, determinando una variazione della frequenza del quarzo. È proprio tale variazione che rappresenta la grandezza di interesse per l’analisi olfattiva e nelle otto variazioni, generalmente tutte diverse, relative agli otto quarzi, sono contenute tutte le informazioni relative alla sinergia (odore) delle specie chimiche che compongono l’atmosfera. Tali MCI svolgono la funzione di recettori, mentre le microbilance al quarzo rappresentano i trasduttori. Questi sensori rappresentano, nell’analogia naturale, il bulbo olfattivo con i propri recettori. La cavità nasale 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. La funzione polmonare viene svolta da una minipompa aspirante capace di regolare il proprio flusso a seconda delle esigenze di misura e di indagine, analogamente all’azione dell’attività respiratoria biologica.
Alcune tecniche di rilevamento degli odori sfrutta una particolare rete neurale, auto apprendente, in grado di creare un’immagine olfattiva. La rete SOM (Self Organizing Map) è costituita da una mappa che si automodifica in relazione agli ingressi che riceve. Dalla mappa finale si ottengono informazioni relative ai cluster e alla diversità tra di essi. Inoltre, è possibile studiare la sensibilità dei singoli sensori rispetto alle singole atmosfere analizzate, in modo da poter utilizzare i sensori migliori per le diverse situazioni di misura Sviluppi futuri riguarderanno il processo di miniaturizzazione del naso elettronico fino all’esplorazione della possibilità di poterlo realizzare in un unico chip di silicio, peraltro già in uno stadio avanzato di progettazione.
Questo strumento, di piccole dimensioni, portatile, accompagnato da un PC che lo controlla e ne gestisce i dati raccolti può essere utilizzato nel campo agroalimentare, medico, industriale e nella rivelazione di droga e di esplosivi, lavoro questo fino ad ora svolto dai cani con risultati apprezzabili.
La tecnologia ha già sostituito l’uomo in molti settori, ora forse toccherà anche ai cani; molti studiosi/tecnici del settore si pongono il problema della scelta tra mezzo biologico o modelli elettronici.
Il confronto, naso elettronico e cane, si può fare analizzando i vantaggi e gli svantaggi, l’operatività, i costi e la complessità dei due mezzi. I cani innanzi tutto hanno bisogno dell’addestramento, si stancano con una certa facilità (possono essere operativi mediamente per un’ora) e risentono delle condizioni ambientali, ma come tutti sanno hanno una sensibilità olfattiva incredibile. Il naso elettronico non ha bisogno di riposarsi, non è disturbato dagli altri odori presenti nell’ambiente, ma non interagisce con gli altri sensi perché rappresenta solo il sottosistema olfatto. Anche così il problema non si risolve, pro e contro sembrano essere quasi alla pari.
Ma sarebbe poco intelligente non sfruttare un’opportunità che ci offre il progresso. Allora la soluzione è l’integrazione. A tal proposito illustriamo un esempio già sperimentato: il sistema MEDDS (Mechem Explosive Drug Detection System) per la ricerca e l’eliminazione delle mine antipersona in Mozambico e Angola. Una macchina, in grado di resistere allo scoppio delle mine, ma lontana da essere un naso elettronico, estrae campioni di terreno e aspira odori in filtri che restano utilizzabili per i controlli per 4 mesi. Altrove i cani in condizioni di tranquillità annusano i vari filtri e identificano quali sono quelli che contengono esplosivo.
Ogni filtro ha un riferimento spaziale e topografico. In questo modo il cane non si stressa.
