Scienziati israeliani uniscono insetti e macchine per creare un odore

Cani negli aeroporti, abbassate la testa: gli scienziati di Tel Aviv creano un bio-mech a forma di locusta come prova del concetto

I ricercatori dell’Università di Tel Aviv hanno creato quello che potrebbe essere il dispositivo di identificazione degli odori più sensibile al mondo unendo l’elettronica all’avanguardia e l’intelligenza artificiale con una “tecnologia” che risale a centinaia di milioni di anni fa: l’antenna delle locuste. (Rilassati, caro lettore, la locusta sopravvive a questa storia.)

La loro invenzione dimostrativa di un robot biomeccanico basato sulla sonda di una locusta è stata descritta la scorsa settimana nella prestigiosa rivista Biosensors and Bioelectronics.

Gli “smell-bot” vengono utilizzati negli aeroporti più avanzati per rilevare il contrabbando come la marijuana nei nostri bagagli e sulla nostra persona. Anche gli aeroporti più avanzati utilizzano i cani perché, come sottolineano il professor Yossi Yovel, il dottor Ben Maoz e il team, le tecnologie create dall’uomo non possono ancora competere con milioni di anni di evoluzione. Ancora non possono, ma ora gli scienziati dell’Università di Tel Aviv hanno sviluppato ulteriormente il concetto sfruttando il senso olfattivo avanzato della locusta.

Gli insetti iniziarono ad emergere quasi mezzo miliardo di anni fa e hanno avuto il tempo di sviluppare abilità straordinarie. La nostra amica zanzara è in grado di rilevare una differenza dello 0,01% nella concentrazione di anidride carbonica, che aiuta a guidarla verso i potenziali pasti: gli animali che espirano CO2. Il genere umano non è nemmeno lontanamente vicino alla produzione di sensori artificiali con tali capacità, afferma il team.

Perché scegliere le locuste e non, ad esempio, le zanzare o gli scarafaggi, che non hanno molti fan che urlano sui loro diritti? Si sa che le locuste sono in grado di identificare un'ampia gamma di odori, dice Maoz, aggiungendo che il coautore, il prof. Amir Ayala – un esperto dell'insetto – ha ritenuto che fosse il punto di partenza appropriato.

Quindi, la locusta del deserto israeliana annusa usando le sue antenne. Il trucco sta nel collegare quel sensore biologico a un sistema artificiale in grado di ricevere e decodificare i segnali elettrici, che il team chiama “semplice tecnologia dell’elettro-antennogramma” dotata di un software di analisi degli odori. Il loro robot olfattivo biomeccanico è 10.000 volte più sensibile di un dispositivo elettronico di “odore” comunemente usato, afferma il team.

Cos'è la semplice tecnologia dell'elettro-antennogramma? “Le informazioni nel corpo di tutti gli organismi viventi vengono trasferite tramite impulsi elettrici. I nostri organi sensoriali traducono diversi tipi di stimoli ambientali (ad esempio, molecole di odore) in segnali elettrici”, spiega Maoz. “La tecnologia dell'elettro-antennogramma consente di 'leggere' i segnali generati dall'antenna dell'insetto in risposta a specifici segnali olfattivi (odoranti specifici). Questi segnali possono quindi essere inviati a un algoritmo di apprendimento automatico per l’identificazione e a un robot per la localizzazione”.

Per addestrare la macchina è stato necessario collegare l'antenna alla tecnologia ed esporla a vari odori, misurando al contempo l'attività bioelettrica indotta da ciascun odore, afferma Yovel.

“Il sistema ci ha permesso di rilevare ogni odore a livello dell'organo sensoriale primario dell'insetto. Poi, nella seconda fase, abbiamo utilizzato l'apprendimento automatico per creare una “biblioteca” di odori”, spiega.

In questo modo sono riusciti a caratterizzare la percezione dell'antenna di otto odori, come geranio, limone e marzapane. “In effetti, una volta terminato l’esperimento, abbiamo continuato a identificare ulteriori odori diversi e insoliti, come vari tipi di whisky scozzese. Un confronto con i dispositivi di misurazione standard ha dimostrato che la sensibilità del naso degli insetti nel nostro sistema è circa 10.000 volte superiore rispetto ai dispositivi oggi in uso", osserva Yovel.

Il dispositivo risultante è in grado di distinguere tra almeno quegli otto odori puri e due miscele di odori diversi, indipendentemente dalla concentrazione dell'odore, afferma il team.

La capacità di identificare otto odori sembra inutile. Ma quel numero è solo un artefatto del processo di addestramento del bug-bot, spiega Maoz.

"La maggior parte degli sniffer elettronici sono sensibili a molecole specifiche (il che significa odori specifici)", afferma. “Dato che utilizziamo un naso biologico, non siamo (quasi) limitati a molecole specifiche. Siamo stati in grado di vedere risposte uniche a dozzine di odori”. Ma l’ottavo è perché addestrare il sistema a riconoscere un profumo specifico – quale odore appartiene a quale materiale – richiede molto tempo. Si può addestrare l'annusatore a rilevare qualsiasi odore si desideri e in questo caso ne sono stati scelti otto. Contrabbandieri di marzapane, siete avvisati.