(Imagen simbólica, generada por inteligencia artificial) Una mujer huele el sitio web de una empresa tostadora de café con los ojos cerrados. Allí no se huele el café, pero un prototipo de la Universidad Estatal de Ohio ya envía aromas parecidos al café a través de Internet en forma de datos: una nariz electrónica detecta el olor y un dispositivo aromático portátil lo transmite al receptor.
(Foto: © Investigación y conocimiento, imagen de IA)
Una nariz electrónica huele el café, envía los datos de medición a través de Internet y una pulsera en el otro extremo emite el mismo aroma. Un equipo de la Universidad Estatal de Ohio en Columbus presenta este prototipo en la revista Science Advances. Además del café, el sistema reconoce hasta ahora la cerveza, el vino tinto, los dulces y las mandarinas. 14 voluntarios reconocieron los olores transmitidos en casi el 73% de los casos. Las moléculas de fragancia no viajan contigo, solo los datos: la pulsera libera fragancias precargadas en forma de una fina niebla.
La gente envía imágenes, vídeos y mensajes de voz alrededor del mundo miles de millones de veces al día. Ahora incluso el tacto se puede transmitir mediante guantes o chalecos vibratorios. El olfato, sin embargo, está casi completamente ausente en la comunicación digital, aunque esté estrechamente vinculado a los recuerdos, las sensaciones y el sabor de los alimentos. Cualquiera que envíe a su familia una foto de una tarta casera todavía no puede incluir el olor del horno. Es precisamente este vacío el que quieren llenar los científicos de materiales que trabajan con Chunyu Yang y Jinghua Li en la Universidad Estatal de Ohio en Columbus. Junto con el Laboratorio de Zhejiang en Hangzhou, China, presentan su sistema llamado Scentronic en la revista Science Advances.
Los propios investigadores describen el problema básico: para la visión son suficientes tres colores básicos, a partir de los cuales cada pantalla mezcla cada imagen. No existe un kit tan sencillo para los olores. Un olor suele estar compuesto por cientos de compuestos volátiles, y la nariz humana tiene alrededor de 400 tipos diferentes de receptores olfativos, cuyas señales son procesadas por el cerebro para formar una impresión general. Por lo tanto, un dispositivo que realmente registre y reproduzca los olores uno por uno sigue estando fuera de nuestro alcance.
Cómo la nariz electrónica distingue el café del vino tinto
Los investigadores abordan el problema de forma pragmática. En lugar de descomponer químicamente un olor, su sistema simplemente lo reconocería y lo asignaría a una categoría. El corazón del sistema es una nariz electrónica que consta de seis sensores de gas disponibles comercialmente basados en dióxido de estaño. Cuando sustancias volátiles como el etanol de la cerveza y el vino, el limoneno de los cítricos o el diacetilo entran en contacto con la superficie calentada del sensor, reaccionan con el oxígeno allí almacenado. Esto hace que la resistencia eléctrica del sensor disminuya y el voltaje medido aumente. Debido a que cada uno de los seis sensores está dopado de manera ligeramente diferente y opera a una temperatura diferente, se crea un patrón único de seis señales para cada aroma, una especie de huella digital electrónica.
Para leer estas huellas dactilares, el equipo entrenó técnicas de aprendizaje automático. Para ello, los investigadores sostuvieron cada una de las cinco muestras frente a los sensores 50 veces durante aproximadamente 200 segundos cada una, para un total de 250 series de mediciones. Un solo producto sirvió como fuente de aroma: una cerveza, un vino tinto, un café helado, mandarinas y panecillos dulces para el aroma del pastel. El mejor método, el llamado algoritmo del vecino más cercano, asignó correctamente todas las muestras en el conjunto de datos de prueba retenido; en la validación cruzada la tasa de éxito fue del 98,5%. El café llama especialmente la atención: es el que emite las señales más débiles, ya que muchas de sus sustancias aromáticas apenas son detectadas por los sensores utilizados. Fue reconocido de todos modos.
Olores a través de Internet: datos en lugar de moléculas olfativas
Una vez que se detecta un olor, el sistema simplemente envía esta información a través de WLAN a un servidor en la nube, que la reenvía al dispositivo receptor. En las pruebas, la transmisión pura tardó entre 57 y 76 milisegundos, con una media de unos 65 milisegundos. En un sencillo experimento en el que un sensor midió la concentración de alcohol en el aire y un dispositivo olfativo remoto la ajustó en tiempo real, toda la cadena reaccionó después de aproximadamente 0,6 segundos. Sin embargo, la nariz electrónica puede tardar varias decenas de segundos en clasificar de forma fiable un olor real.
Importante para la comprensión: Ninguna molécula de perfume viaja a través de la línea. El dispositivo receptor contiene pequeñas cámaras con líquidos aromáticos precargados, una para café, cerveza, vino tinto, pasteles y mandarinas. El principio es similar al de una impresora que sólo puede imprimir los colores instalados en el cartucho. Un perfume para el que no existe cámara no se puede reproducir. Por lo tanto, los investigadores hablan abiertamente de una reconstrucción a nivel de categorías y no de una copia químicamente exacta. Sin embargo, para muchas aplicaciones es suficiente que el destinatario perciba de forma fiable un aroma como el de café o mandarina.
Un dispositivo perfumado como una pulsera, un collar o un dispositivo portátil.
El dispensador de perfume, que da nombre a todo el sistema, es sorprendentemente sencillo. En una carcasa impresa en 3D, una mecha de algodón extrae un líquido perfumado de una pequeña cámara y lo mantiene sobre un disco piezoeléctrico. Este disco vibra unas 110.000 veces por segundo bajo voltaje alterno y empuja el líquido a través de poros diminutos, creando una niebla fina y apenas visible. Al cronometrar la vibración, puedes controlar qué tan fuerte y durante cuánto tiempo se libera un aroma. A plena potencia el dispositivo atomiza hasta casi un mililitro por minuto; en funcionamiento económico, el llenado tarda más de media hora.
El equipo creó varias variaciones: una pulsera con dos canales aromáticos que se puede elevar hasta la nariz cuando sea necesario, un dispositivo portátil con cinco canales y un collar en el que se ensartan cinco cápsulas aromáticas como perlas. Incluso después de una hora de funcionamiento continuo, el dispositivo se calienta hasta un máximo de 35,8 grados centígrados y, por lo tanto, sigue siendo inofensivo para la piel. Según las mediciones, una batería de 400 miliamperios hora dura unas cinco horas con un canal activo o una hora con los cinco canales funcionando simultáneamente.
Los voluntarios reconocieron casi tres de cada cuatro olores.
Los investigadores comprobaron si los olores enviados también llegan a personas con voluntarios del entorno universitario. A los participantes se les presentaron primero los cinco aromas utilizando muestras etiquetadas y luego olieron el dispositivo directamente. A continuación, Scentronic entregó los olores en orden aleatorio. Los 14 participantes asignaron correctamente los olores individuales en el 72,9% de los casos; si simplemente hubieran adivinado, la cifra habría sido del 20%. También reconocieron mezclas de dos sabores, como café con mandarina o cerveza con bizcocho, en un 71,4%. La fuerza fue más difícil: los sujetos de prueba solo pusieron cinco niveles de intensidad de olor a alcohol en el orden correcto el 58,6 por ciento de las veces.
Los autores reconocen que sus experimentos tenían un diseño simple e incluían pocas condiciones de control, lo que podría introducir errores. El grupo también era pequeño. Para poder hacer afirmaciones fiables sobre las percepciones de muchas personas, se necesitan estudios más amplios y controlados más rigurosamente. También mostró cómo las narices funcionan de manera diferente: la velocidad con la que los participantes se acostumbraron a un olor constante varió mucho de persona a persona.
Una taza que hace buen café en el mundo virtual
Dado que el gusto proviene en gran medida del olfato, los investigadores fueron más allá. Construyeron un vaso digital con cinco ambientadores en la tapa y cinco pequeñas bombas electromagnéticas en la pared. Cuando la taza recibe una señal, un líquido aromático adecuado gotea en el agua y el aroma correspondiente se eleva desde arriba. En una demostración utilizando vasos de realidad mixta, un usuario tomó una cerveza o un café virtual en un estante expuesto y la taza real proporcionó el sabor y el olor correspondientes. Hasta ahora, los investigadores sólo han comprobado hasta qué punto esta experiencia es convincente en pruebas preliminares.
Otros estudios también muestran que el sentido del olfato y el cerebro colaboran estrechamente, por ejemplo en la cuestión de cómo influye el olor del café en el rendimiento en los exámenes de matemáticas. La idea de los perfumes digitales no es del todo nueva. Otros grupos ya han presentado módulos aromáticos para gafas de realidad virtual y dispensadores de fragancias portátiles, también en Nature Communications. La novedad de Scentronic, según los autores, es la combinación de reconocimiento y reproducción en un sistema compacto conectado a Internet, de modo que un olor puede registrarse en un lugar y recrearse en otro. La descripción completa está disponible de forma gratuita en el estudio Science Advances.
Para qué podrían ser adecuadas las fragancias enviadas
Los investigadores ven la aplicación más obvia en medicina. Después de una enfermedad de Covid, después de un traumatismo craneoencefálico o en el caso de enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson, muchas personas pierden total o parcialmente el sentido del olfato o perciben los olores de forma distorsionada. Hoy en día, los médicos suelen comprobarlo en la práctica utilizando palitos de rapé o tarjetas para rascar. Un dispositivo olfativo controlado a distancia podría llevar estas pruebas a casa, aumentando gradualmente la intensidad del olor y determinando así exactamente cuándo un paciente huele algo. También sería concebible un entrenamiento de rehabilitación centrado en el olfato.
Los autores también mencionan las compras online, donde los clientes prueban un perfume con antelación, experiencias más intensas en juegos y mundos virtuales, y videollamadas donde los familiares comparten el olor de una comida. Para los astronautas o soldados que suelen comer raciones monótonas, un aroma adicional podría hacer que las comidas sean más apetitosas. El trabajo fue financiado, entre otros, por la agencia estadounidense de financiación de investigaciones NSF, los Institutos Nacionales de Salud y la agencia de investigación DARPA del Departamento de Defensa de Estados Unidos. Según los autores, no existen intereses contrapuestos.
Queda un largo camino por recorrer para encontrar una fragancia para cada ocasión
La tecnología aún está lejos de ser una tarifa plana para las fragancias para teléfonos inteligentes. La nariz electrónica reconoce sólo cinco olores, cada uno de una misma marca, y habría que volver a entrenarla para cada olor adicional. El dispositivo receptor, a su vez, necesita su propia cámara con el líquido adecuado para cada olor. Según los autores, el sistema no puede seguir el ritmo de la sutil capacidad de discriminación de la nariz de un ser humano o incluso de la de un perro, que puede oler el estrés en las personas con gran precisión.
Por lo tanto, los investigadores quieren combinar más sensores, mejores métodos de reconocimiento y más canales olfativos para mezclar perfiles de olores más complejos en el futuro. Junto con expertos en investigación olfativa, están diseñando procedimientos de prueba estandarizados y también creen que es posible medir las ondas cerebrales durante la emisión de olores. Hasta ahora esto es puramente un prototipo de investigación. Sin embargo, Scentronic demuestra que el sentido del olfato, olvidado durante mucho tiempo, puede integrarse sustancialmente en la comunicación digital, al menos para una pequeña selección de olores familiares.
Science Advances, Scentronic: una interfaz olfativa asistida por IA para compartir y transmitir olores de forma remota; doi:10.1126/sciadv.aee9266
Construido con el apoyo de inteligencia artificial.
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