¿Cómo funciona una nariz electrónica?

Introducción:

La nariz electrónica es un dispositivo que detecta el olfato de manera más eficiente que el sentido del olfato humano. Una nariz electrónica consta de un mecanismo de detección química. La nariz electrónica es un dispositivo de detección inteligente que utiliza una matriz de sensores de gas que se superponen selectivamente con un componente de reorganización del patrón. Hoy en día, las narices electrónicas han brindado beneficios externos a una multitud de industrias comerciales, agrícolas, biomédicas, cosméticas, ambientales, alimentarias, de agua y de investigación científica. La nariz electrónica detecta gases peligrosos o venenosos que no son posibles para los olfateadores humanos.

Los olores están formados por moléculas, que tienen un tamaño y una forma específicos. Cada una de estas moléculas tiene un receptor de tamaño y forma correspondiente en la nariz humana. Cuando un receptor específico recibe una molécula, envía una señal al cerebro y el cerebro identifica el olor asociado con la molécula en particular. Las narices electrónicas funcionan de la misma manera que los humanos. La nariz electrónica utiliza sensores como receptor. Cuando un sensor específico recibe las moléculas, transmite la señal a un programa de procesamiento, en lugar de al cerebro.

Principio de funcionamiento de la nariz electrónica:

La nariz electrónica se desarrolló para imitar el olfato humano, cuyas funciones son mecanismos no separados, es decir, el olfato o el gusto se perciben como una huella digital global. El instrumento consta básicamente de una matriz de sensores, módulos de reorganización de modelos y muestreo de espacio de cabeza, para generar un modelo de señal utilizado para caracterizar los olores. La nariz electrónica consta de tres partes principales que son el sistema de detección, el sistema informático y el sistema de entrega de muestras.

El sistema de distribución de muestras: El sistema de entrega de muestra permite la generación de muestra o espacio de cabeza volátil que es una fracción analizada. Luego, el sistema envía este espacio de cabeza al sistema electrónico de detección de la nariz.

El sistema de detección: El sistema de detección que consta de un grupo de sensores es la parte reactiva del instrumento. Cuando entra en contacto con compuestos volátiles en este momento, el sensor reacciona provocando cambios en las características eléctricas.

El sistema informático: En la mayoría de las narices electrónicas, cada sensor es sensible a todas las moléculas a su manera específica. Sin embargo, en las narices bioeléctricas se utilizan proteínas receptoras que responden a moléculas olfativas específicas. La mayoría de las narices electrónicas utilizan conjuntos de sensores que reaccionan a compuestos volátiles. Cada vez que los sensores detectan un olor, se registra una respuesta específica, esta señal se transmite al valor digital.

Los sensores más comunes utilizados en la nariz electrónica

Semiconductor de óxido de metal (MOSFET)

Polímeros conductores

Microbalanza de cuarzo

Sensores piezoeléctricos

Sensores de óxido de metal

Sensor semiconductor de óxido metálico:

Esto se utiliza para cambiar o amplificar señales electrónicas. El principio de funcionamiento del MOSFET es que las moléculas que ingresan al área del sensor estarán cargadas positiva o negativamente, lo que tiene un efecto directo en el campo eléctrico dentro del MOSFET.

Sensores de óxido de metal: (MOS)

Este sensor se basa en la adsorción de moléculas de gas para provocar un cambio en la conductividad. Este cambio de conductividad es la medida de la cantidad de compuestos orgánicos volátiles adsorbidos.

Sensores piezoeléctricos:

La adsorción de gas en la superficie del polímero da como resultado un cambio de masa en la superficie del sensor. Esto a su vez produce un cambio en la frecuencia de resonancia del cristal.

Microbalanza de cuarzo:

Es una forma de medir la masa por unidad de área midiendo el cambio de frecuencia del resonador de cristal. Esto se puede almacenar en una base de datos.

Polímeros conductores:

Los sensores de gas de polímero conductivo funcionan en función de un cambio en la resistencia eléctrica causado por la adsorción de gas en la superficie del sensor.

Análisis de datos para nariz electrónica:

La salida digital generada por los sensores de nariz electrónicos debe analizarse e interpretarse para proporcionar. Hay tres tipos principales de técnicas disponibles comercialmente.

• Análisis gráfico
• Análisis de datos multivariados
• Análisis de red

La elección del método utilizado depende de los datos de entrada disponibles de los sensores.

La forma más simple de reducción de datos es el análisis gráfico útil para comparar muestras o comparar elementos de identificación de olores de analistas desconocidos con aquellos de fuentes conocidas en bibliotecas de referencia.

El análisis de datos multivariante genera un conjunto de técnicas para el análisis de datos que es una técnica entrenada o no entrenada. Las técnicas no entrenadas se utilizan cuando no se ha creado antes una base de datos de muestras conocidas. La técnica MDA no entrenada más simple y más utilizada es el análisis de componentes principales. El análisis electrónico de los datos de nariz MDA es muy útil cuando los sensores tienen sensibilidades de cobertura parcial a compuestos individuales presentes en un mezclador de muestras. La PCR es particularmente útil cuando no se dispone de muestras conocidas.

La red neuronal es la técnica de análisis más conocida y derivada utilizada en un paquete estadístico de nariz electrónica disponible en el mercado.

Para ejemplos de sistema de nariz electrónica para la detección de olores de frutas:

El sistema de nariz electrónica propuesto se ha probado con los olores de tres frutas, a saber, limón, plátano y lichi. Los sabores se prepararon colocando una muestra de fruta en los rompedores sellados con una tapa. El 8051 se ha puesto en modo de prueba o entrenamiento. Si el sistema está en modo de entrenamiento, el valor del sensor se muestra en la pantalla LCD. Si el sistema está en modo de prueba, el resultado de la clasificación de la fruta objetivo se muestra en la pantalla LCD. La red de sensores pasa gas a través de la válvula 1, que normalmente está cerrada. La bomba de vacío se enciende durante 20 segundos para bombear gas fuera del conjunto de sensores.

Se cerró el valor 1 y se le dio 60 segundos a la resistencia del sensor para llegar a un modo de estado de estudio. El resultado de la clasificación del valor característico de los sensores aparece en la pantalla LCD. La cámara de la matriz de sensores se desconectó del muestreador de frutas y la válvula 1 se abrió para hacer circular aire fresco, la válvula 2 se abrió para bombear los olores. La habitación se ventiló con aire fresco durante dos minutos.

Aplicación de nariz electrónica:

• Diagnóstico médico y seguimiento de la salud
• Monitoreo ambiental
• Aplicación en la industria alimentaria
• Detección de explosivos
• Aplicaciones espaciales (NASA)
• Industrias de investigación y desarrollo
• Laboratorios de control de calidad
• El departamento de proceso y producción.
• Detección de olor a drogas
• Detección de bacterias dañinas.

Espero que ahora tengas una idea de cómo funciona la nariz electrónica. Si tiene alguna pregunta sobre este concepto o un proyecto eléctrico y electrónico, deje la sección de comentarios a continuación.

Autor de la foto: