Una nariz electr´onica no se trata m´as que de un sensor especializado en la captaci´on de odorantes. Por tanto se va a hacer una peque˜na introducci´on a los sensores electr´onicos para poder entender mejor su funcionamiento.
3.9.1. Sensores electr´onicos
Un sensor es cualquier dispositivo que detecta una determinada acci´on externa. Cualquier animal utiliza sensores biol´ogicos para percibir su entorno. El hombre experimenta sensaciones como calor o fr´ıo, duro o blando, fuerte o flojo, agradable o desagradable, pesado o ligero. Poco a poco le ha ido a˜nadiendo adjetivos a estas sensaciones para cuantificarlas como fr´ıgido, fresco, tibio, templado, caliente, t´orrido. Es decir, ha ido necesitando el empleo de magnitudes medibles m´as exactas ante una percepci´on m´as clara del entorno [73].
En general se habla de sensores, pero se pueden distinguir los siguientes elementos:
Sensor: Dispositivo que recibe una se˜nal o est´ımulo y responde con una se˜nal el´ectrica. Pueden ser de dos tipos:
• Activo: Requiere una fuente externa de excitaci´on o c´elulas de carga, como por
ejemplo las RTD (Detector de Temperatura Resistivo).
• Pasivo: Sensor que no requiere una fuente externa de excitaci´on, como los termopares
o fotodiodos.
Transductor: Convertidor de un tipo de energ´ıa a otra.
Existe una gran cantidad de sensores en el mercado para poder medir magnitudes f´ısicas. De los m´as enfocados a medir caracter´ısticas biol´ogicas se pueden destacar los siguientes:
Temperatura. Humedad. Presi´on. Luminosidad. Conductividad. Multiprop´osito.
La Nariz Electr´onica que se va a utilizar se ocupa de medir la conductividad de las part´ıculas que conforman el odorante presente en el medio. El funcionamiento espec´ıfico del sensor se encuentra en el Apartado 4.6.
3.9.2. Nariz electr´onica artificial
Ahora que ya se conoce por un lado como funciona el Sistema Olfativo y por otro como funcionan los Sensores Electr´onicos, se va a proceder a juntar ambos conocimientos para poder describir el funcionamiento gen´erico de una Nariz Electr´onica.
Los sistemas olfativos artificiales tratan de reproducir la capacidad de lectura e interpreta- ci´on de los sistemas olfativos que se pueden encontrar en los animales y humanos. Las narices artificiales (NA) son m´aquinas que est´an dise˜nadas para detectar y discriminar con precisi´on distintos olores (v´ease Figura 3.8).
Figura 3.8: Procesos llevados a cabo por una Nariz Electr´onica comparados con los procesos que realiza el sistema olfativo biol´ogico.
En la anterior imagen se puede apreciar cual es la secuencia de procesos que identifica a una EN, comparando en todo momento esta actuaci´on con la que se realiza en un sistema biol´ogico. Se comienza realizando una medida con el sensor o array de sensores, generando una se˜nal de entrada al sistema. Se procesa esta se˜nal y se compara con los valores almacenados en la base de datos, buscando coincidencias con olores previamente almacenados. Si existe un olor con el que coincida en gran medida se identifica como tal odorante.
Las Narices Electr´onicas han tenido un fuerte desarrollo durante los a˜nos 90 y tienen m´ultiples utilidades en la industria moderna, por tanto se vislumbra una enorme cantidad de potenciales aplicaciones en diferentes sectores:
Medicina y farmacia. Industria qu´ımica. Industria militar. Alimentaci´on. Medio ambiente.
Los elementos directamente responsable de la adquisici´on de los olores son los sensores que convierten las concentraciones qu´ımicas en se˜nales el´ectricas. Hay varios tipos de sensores que nos permiten realizar este cometido:
Quimioresistores. Quimiocapacitores.
Quimiosensores potenciom´etricos. Quimiosensores gravim´etricos. Quimiosensores ´opticos. Quimiosensores t´ermicos. Quimiosensores amperim´etricos.
Hay un amplio n´umero de aspectos, muchos de ellos de inspiraci´on biol´ogica, que permiten enriquecer la informaci´on adquirida por este tipo de equipos [4]. Con el objetivo de optimizar su funcionamiento existen ya estudios que eval´uan la mejora producida gracias al uso de mucosas artificiales, el enriquecimiento que se obtiene al introducir los sensores en cavidades olfativas con la correspondiente interferencia producida por su geometr´ıa, el uso de una cierta din´amica t´ermica o de presi´on y la caracterizaci´on del proceso de inhalaci´on e incluso de exhalaci´on.
Como ya se ha comentado en el apartado anterior, el sensor que vamos a utilizar se trata de un quimiosensor capacitivo. En el siguiente cap´ıtulo se explicar´an todos los detalles de Olus2 [4, 6], nombre de la nariz creada por David Ya˜nez y que se va a utilizar en este proyecto.
3.9.3. Robots m´oviles con capacidad olfativa
Olfatear juega un papel muy importante en las labores de orientaci´on en los animales, y la supervivencia de muchas especies de animales depende de esta habilidad. Buscar una mayor o menor concentraci´on de un componente qu´ımico es uno de los modos de comportamiento m´as antiguos y se puede encontrar incluso en microorganismos. Para algunas especies de animales, el olfato es m´as efectivo que otros sentidos como pueden ser la vista o el o´ıdo en la b´usqueda de comida o del nido [74].
El olfato tambi´en es usado en varios tipos de comunicaci´on que implican el uso de feromonas. Famosos ejemplos son las hormigas que gracias a sus antenas siguen las marcas de feromonas que se encuentran en el suelo o las polillas que siguen las plumas de feromonas por el aire.
Inspirado en estos comportamientos, se han desarrollado sistemas rob´oticos que tratan de seguir y buscar plumas de odorante [75, 25]. Hay dos tipos de sistemas que se han ido desarrollando. Uno es seguir pistas de odorante marcadas en el suelo, imitando el comportamiento de las hormigas. El otro tipo se trata de seguir plumas de odorante de manera a´erea o bien submarina para encontrar la fuente de origen del odorante, como hacen mam´ıferos e insectos.
En este proyecto se busca desarrollar un robot que sea capaz de captar odorantes en el medio en el que se encuentra y que en funci´on de esas medidas tome decisiones en consecuencia. No se trata de buscar la fuente de odorante, ya que es algo realmente complicado y a´un no resuelto, pero si de responder ante est´ımulos recibidos por la Nariz Electr´onica.