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Nariz Electrónica

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Nariz Electrónica

Para la exploración espacial, investigadores de la NASA están desarrollando una nariz artificial extraordinariamente sensible.

NASA

Octubre 6, 2004: En la Estación Espacial Internacional (EEI), los astronautas viven rodeados de amoniaco. Fluye a lo largo de cañerías, disipando el calor generado dentro de la Estación (por las personas y los equipos electrónicos, principalmente) en el espacio. El amoniaco ayuda a hacer la Estación habitable.

Pero también es venenoso. Y si se produce una fuga, los astronautas deben saberlo rápidamente. El amoniaco ya es peligroso para la salud cuando su concentración alcanza apenas unas pocas partes por millón (ppm). Sin embargo, los seres humanos no somos capaces de percibirlo hasta que llega a unas 50 ppm.

Derecha: el astronauta Mike Fincke a bordo de la Estación Espacial Internacional. [Más información]

El amoniaco es uno más de los aproximadamente cuarenta o cincuenta compuestos tóxicos necesarios para el funcionamiento del Trasbordador y la Estación, que no deben acumularse en un entorno cerrado.

Y luego está el fuego. Antes de que un fuego eléctrico se inicie, el calor desprendido libera un conjunto característico de moléculas. Los humanos no podemos percibirlas hasta que su concentración es elevada.

¡Los astronautas necesitan un mejor sentido del olfato!

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Este es el motivo por el cual NASA está desarrollando la Nariz Electrónica, o ENose. Es un aparato que puede aprender a reconocer prácticamente cualquier compuesto o combinación de compuestos. Podría incluso ser entrenada para distinguir entre la Coca-Cola y la Pepsi. Al igual que una nariz humana, la ENose es increíblemente versátil, pero además es mucho más sensible.

"La ENose puede detectar una cambio electrónico de una parte por millón", afirma la Doctora Amy Ryan, que lidera el proyecto en el JPL. Ella y sus colegas están enseñando a la ENose a reconocer compuestos como el amoniaco, cuya acumulación no puede permitirse en un espacio cerrado.

La ENose funciona de esta manera: El aparato contiene 16 películas de diferentes polímeros especialmente diseñados para conducir la electricidad. Cuando una sustancia que flota en el ambiente, como pudiera ser el gas de las burbujas de un refresco, es absorbida por estas películas, las cuales se expanden ligeramente, lo que a su vez afecta al modo en que conducen la electricidad.

Arriba:haga clic aquí para ver una presentación en PowerPoint que explica cómo funciona la ENose.

Puesto que están conformadas por un polímero diferente, cada una de las películas reacciona de un modo ligeramente distinto ante una determinada sustancia o "analito". El cambio provocado en una de las películas no bastaría para identificar una sustancia en concreto, pero sí la combinación de los cambios causados en las 16, que forman un patrón distintivo y reconocible en el que nos podemos basar para identificar el compuesto bajo prueba.

Las narices electrónicas o artificiales ya se utilizan en la Tierra. En la industria alimenticia, por ejemplo, se usan para detectar si un producto está deteriorado o no. También existe una lengua electrónica, que identifica compuestos en líquidos. Sin embargo, la ENose de la NASA debe ser capaz de detectar concentraciones mucho menores que estos aparatos.

Ahora mismo, Ryan está trabajando en una versión autónoma de la ENose. "Todo va en el mismo paquete", explica. Las películas de polímero, una bomba de aire (que bombea el aire junto con todo lo que contiene a través del aparato), procesadores para analizar los datos, y la fuente de energía. Las narices podrían simplemente ser instaladas, como si fueran detectores de humo, en varios puntos distribuidos por toda la Estación.

Derecha: Segunda Generación del ENose. El volumen de este diseño es de unos 760cm3, es decir como un 35% del ENose original. El ordenador (derecha) puede ser acoplado a la parte trasera del sensor (izquierda).

En última instancia, opina Ryan, el sensor podría servir como detector de un sistema de seguridad inteligente. "Tendríamos varios de ellos, conectados a un ordenador central". Cualquier cambio en la atmósfera originaría un aluvión de reacciones diferentes.

Si la señal sugiriera un fuego, dice Ryan, "entonces la tripulación sería alertada inmediatamente". Pero si no lo fuera, el ordenador trataría de determinar exactamente qué está pasando. ¿Es algo tóxico? ¿Hay algo que esté alcanzando concentraciones peligrosas? ¿De dónde viene?

Según sean las respuestas, el sistema podría elegir entre un elenco de acciones a tomar, desde informar a la tripulación que debe conectar los ventiladores para cambiar la dirección del flujo de aire, accionar los filtros o sellar un área determinada.

Como aparato de seguridad, el ENose tiene muchísimas aplicaciones aquí en la Tierra. Con algunas modificaciones, según Ryan, un ENose podría ser usado para detectar acumulaciones de gas en torres de perforación petrolíferas. "Los trabajadores tienen que bajar al fondo de los pozos, y querrán estar seguros de que no van a salir volando". Los trabajadores del alcantarillado se beneficiarán también de saber con mayor antelación si existen acumulaciones de gases venenosos en los desagües. Hay muchos otros ejemplos.

El equipo de Ryan está trabajando en una nueva versión del ENose que podría expandir sus aplicaciones aún más.

"Cuando por primera vez empezamos a elegir los polímeros para el ENose", recuerda Ryan, "usábamos lo que podría llamarse un enfoque 'Edisoniano'". (Es una manera que tienen los científicos para describir el proceso de prueba y error. Edison probó miles de filamentos diferentes hasta que perfeccionó la primera bombilla). "Hemos probado entre 80 y 100 polímeros con cada sustancia". Esto significa un gran número de pruebas.

Izquierda: en su laboratorio del JPL, la Doctora Amy Ryan posa con un prototipo del ENose. [Más información]

No obstante, resalta Ryan, el enfoque Edisoniano supone que sólo se puede usar el ENose para identificar sustancias cuyos patrones son conocidos previamente. Ryan y su equipo están empezando a ir más lejos. Están intentando desarrollar un modelo informático que puede predecir la respuesta de cualquier polímero ante cualquier sustancia "sin tener que probar cientos de ellos". Esto aceleraría enormemente el proceso de desarrollo del ENose. Utilizando el modelo, el equipo de Ryan ha conseguido ya suficiente progreso como para seleccionar algunos de estos polímeros.

Esto es emocionante, porque un modelo informático apropiado podría ser empleado también por el ENose en la detección de sustancias desconocidas.

"Queremos ser capaces de obtener una reacción desconocida, y luego averiguar qué la causó", dice Ryan. Una ENose como esta podría identificar vapores cuya presencia no sea deseable tanto en la Tierra como en hábitats en el espacio. Podría incluso analizar gases extraños descubiertos en el curso de futuras exploraciones interplanetarias.

Imagine usted esto: un astronauta aterriza en un mundo alienígena. Extrañas formaciones rocosas aparecen por todas partes. ¿Por donde empezar? Muy sencillo. "¡Oye, ese cráter me huele bien!" Confíe en su olfato electrónico.

Créditos y Contactos

Autor: Karen Miller
Funcionario Responsable de NASA: John M. Horack
Editor de Producción: Dr. Tony Phillips
Curador: Bryan Walls


Relaciones con los Medios: Steve Roy Traducción al Español: César Chas/Carlos Román
Editor en Español: Héctor Medina
El Directorio de Ciencias del Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA patrocina el Portal de Internet de Science@NASA que incluye a Ciencia@NASA. La misión de Ciencia@NASA es ayudar al público a entender cuán emocionantes son las investigaciones que se realizan en la NASA y colaborar con los científicos en su labor de difusión.