Dall’Università di Tokyo un sistema olfattivo artificiale che rileva alcune patologie a partire dagli odori

Un team di ricercatori dell’Università di Tokyo ha creato un “naso artificiale” altamente sensibile, partendo dall’esame dell’olfatto delle zanzare e delle sue potenzialità. Il dispositivo, implementabile con sistemi di intelligenza artificiale, potrà essere utile per diagnosticare alcune patologie a partire dagli odori.

TAKEAWAY

  • L’olfatto umano può rilevare milioni e milioni di odori e ora, con le nuove tecnologie, il raggio d’azione tende ad allargarsi ancora di più.
  • In Giappone è stato creato un “naso artificiale” altamente sensibile, partendo dall’esame dell’olfatto delle zanzare e delle sue potenzialità.
  • Il congegno, implementabile con sistemi di intelligenza artificiale, potrà essere utile per diagnosticare alcune patologie e nel rilevamento di materiali potenzialmente pericolosi per l’uomo.

Un sistema olfattivo artificiale permetterà presto alle macchine di annusare allo stesso modo degli uomini. In che modo riuscirà nell’intento?

Le sperimentazioni recenti hanno consentito ai robot di avere una percezione sensoriale definita dell’ambiente circostante. E sono sempre più diffuse le protesi intelligenti, cioè arti guidati da algoritmi che riproducono il senso del tatto umano, simulano la pressione sulla pelle e facendo avvertire le sensazioni di dolore.

Il prossimo passo è quello di creare un sistema olfattivo artificiale e, analogamente, aumentare le potenzialità di quello umano, che già di per sé è molto sviluppato.

L’evoluzione ha affinato tale senso nel corso di milioni di anni e i ricercatori di tutto il mondo sono attualmente all’opera per avere altrettanti risultati, ma in molto meno tempo. Un caso particolare a riguardo è quello del Giappone, dove l’interesse per questo tema ha coinvolto l’Università di Tokyo, il Kanagawa Institute of Industrial Science and Technology, noto come KISTEC, e la Gunma University, che ha sede nella città di Maebashi.

I primi risultati sono stati resi noti il 13 gennaio scorso dal team guidato dal professore Shoji Takeuchi che, all’interno dell’ateneo di Tokyo, si occupa del CIRMM, centro dedicato alla MicroMechatronics, e dell’IIS, l’Istituto per le scienze industriali.

Sistema olfattivo artificiale sviluppato a partire dall’olfatto delle zanzare

Le ricerche hanno portato alla creazione di un “naso artificiale” per cui è stato fondamentale il contributo dell’IRCN, l’International Research Center for Neurointelligence, poiché la ricerca rientra nel campo delle neuroscienze applicate al mondo dell’automazione.

L’articolo, che ha sollevato numerosi dibattiti a livello internazionale, si intitola “Highly sensitive VOC detectors using insect olfactory receptors reconstituted into lipid bilayers“ ed è stato pubblicato sulla rivista Science Advances.

Nel dipartimento di informatica industriale, il team è partito dall’esame dei segnali elettrici provenienti dai recettori olfattivi, ovvero i canali che mettono in collegamento le cellule olfattive con gli stimoli provenienti dell’esterno. A tale proposito, come ha spiegato il professor Takeuchi:

Gli odori sono impronte chimiche trasportate dall’aria e possono trasmettere diverse informazioni utili, riguardanti ad esempio l’ambiente circostante o determinati campioni di laboratorio. Tuttavia, questi dati non sono mai stati sfruttati al meglio per l’assenza di sensori che li intercettino con la giusta selettività e sensibilità

Per ottenere un sistema olfattivo artificiale con le caratteristiche descritte, i ricercatori hanno guardato oltre la sfera umana, cercando riferimenti nel mondo animale. La soluzione finale è arrivata osservando un insetto abbastanza pericoloso per l’uomo, ovvero la zanzara che trasmette la febbre gialla. Quest’ultima è in grado di discernere con grande attenzione il sangue umano da altre sostanze, riuscendo a sopravvivere in situazioni ostili.

Riproduzione dei meccanismi olfattivi su un chip

Bisogna tenere presente che generalmente, nell’atto di annusare, i recettori degli esseri viventi agganciano ciascuno una molecola diversa, innescando una sorta di corrente elettrica. In particolare, nel caso della zanzara, detta yikes, il processo avviene con una precisione davvero unica ed è stato illuminante per strutturare il naso artificiale.

Con un elettrodo è stato possibile gestire il flusso come si farebbe per una corrente qualsiasi. Monitorandolo da un computer, gli scienziati sono riusciti a replicare i segnali ideando un sistema olfattivo artificiale basato su un chip, microscopica piastrina di silicio alla base dei computer e dei robot. Il chip in questione è stato definito bioibrido essendo realizzato a partire da una struttura biologica

D’altra parte – continua Takeuchi – gli organismi viventi utilizzano le informazioni sugli odori in modo estremamente efficiente. Così abbiamo deciso di combinare sensori biologici già esistenti con sistemi artificiali per creare chip altamente sensibili che abbiamo chiamato bioibridi” Per verificare l’applicabilità delle loro intuizioni, gli scienziati hanno effettuato una prova di fattibilità. Vediamo che cosa ne è sortito.

Sistema olfattivo artificiale e AI, le applicazioni in campo medico

Al dispositivo è stata sottoposta una molecola di octenol, ovvero l’alcol prodotto dai funghi che genera, tra le altre cose, il sentore caratteristico dei vini chiusi con tappi di sughero.

Tale sostanza è presente spesso, anche se solo in piccola parte, nel fiato dei pazienti affetti da cancro. Riuscire a individuarlo può risultare molto efficace, soprattutto in fase di diagnosi quando non sono ancora ravvisabili in maniera chiara i sintomi caratteristici della malattia.

Nella fase di test, il sistema olfattivo artificiale è riuscito a riconoscere con grande facilità l’octenol – noto anche come aroma fungino – andando oltre il 90% di accuratezza.

Attualmente il sistema sviluppato a Tokyo è fatto di composti organici volatili, detti così perché evaporano facilmente, pensiamo ad esempio ai solventi propri dell’ambito edilizio o a particolari essenze di origine vegetale. Ha specificato Takeuchi:

L’aggiunta di sistemi di intelligenza artificiale permetterà al dispositivo di riconoscere la presenza di tumori e di malattie respiratorie. Il meccanismo si attiva analizzando l’odore del corpo dei pazienti e sarà in grado di migliorare la nostra conoscenza anche rispetto a materiali pericolosi per l’uomo e per l’ambiente. I sensori che abbiamo costruito, una volta amplificati, saranno pronti a riconoscere composti di qualunque tipologia

Il sistema olfattivo artificiale giapponese offre la possibilità di rilevare, con un solo chip, una gigantesca gamma di miscele, nello specifico un quadrilione, misura che corrisponde a un milione alla quarta.

Si tratta di un’opportunità che può rivelarsi impattante in diversi settori se ne consideriamo i numerosi effetti concreti. Oltre alle applicazioni in campo medico, come accennato dal professor Takeuchi, sarà possibile operare in luoghi contaminati, riuscendo a tenere lontani dal pericolo eventuali addetti ai lavori, così da non causare rischi alle persone.

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Emanuele La Veglia
Giornalista professionista, collabora con testate online nazionali (tra cui Affari Italiani) dopo aver maturato esperienze in Sky e AdnKronos. Ha già vinto diversi premi giornalistici ed oggi scrive di sostenibilità, women empowerment e innovazione. Scrive di IT anche per il portale https://www.sergentelorusso.it/
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