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Ingeniería Neurosensorial
Tema 3.4
El olfato y el gusto
Departamento de Ingeniería Electrónica
E.T.S.I. Telecomunicación
Universidad Politécnica de Madrid
Índice
•
•
•
•
•
Introducción
Fisiología del olfato y el gusto
Patologías del olfato y el gusto
El olfato artificial (electrónico)
El gusto artificial
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
2
1
Introducción (I)
• Olfato y gusto: parte de sistema sensorial químico
• Interpretación de olores y sabores
• Determinan la supervivencia diaria de muchas
especies
• Sentido “químico” adicional:
– “Trigeminal” o “sentido químico común”
• El olfato es el más desarrollado
• ¿Y en comparación con los otros sentidos?
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
3
Introducción (II)
• Influencia “más allá” del olor (y el sabor)
–
–
–
–
–
Estado de ánimo
Memoria
Emociones
Elección de pareja
Sistema inmunitario y endocrino
• Percepción subjetiva (cualitativa y cuantitativa)
• ¿Necesidad de una nariz y lengua electrónica?
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
4
2
Fisiología del olfato (I)
Química de los olores (I)
• Olores son mezcla de multitud de moléculas
• Relación estructura molecular – olor
• Factores determinantes:
– Masa molecular (30 a 300 g·mol-1)
– Interacciones internas (carga, átomos, polaridad,
rotación estructural)
– Interacciones externas
• Estructuras “aromáticas”
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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Fisiología del olfato (II)
Química de los olores (II)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
6
3
Fisiología del olfato (III)
Química de los olores (III)
• Investigación en predicción de olor
– Descripción algebraica de las características
moleculares
– Descripción cualitativa de las características
moleculares
– Simulación por ordenador: relación entre moléculas
olorosas y sus receptores
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7
Fisiología del olfato (IV)
Anatomía y procesos químicos básicos (I)
• Anatomía “externa”
– Fosa nasal
– Estructura anatómica
(hueso y cartílago)
– Dos conductos
nasales
– Moléculas llegan por
fosas o conexión con
cavidad bucal
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
8
4
Fisiología del olfato (V)
Anatomía y procesos químicos básicos (II)
• Estimulación exclusiva a
través de moléculas
olorosas
• Epitelio olfativo (5 cm2)
– Capa mucosa
– Neuronas olfativas
ciliadas
– ¡¡Con capacidad de
regeneración!!
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9
Fisiología del olfato (VI)
Anatomía y procesos químicos básicos (III)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
10
5
Fisiología del olfato (VII)
Anatomía y procesos químicos básicos (IV)
• En los cilios
comienza la
transducción
• Moléculas
olorosas se
“acoplan” a
proteínas
receptoras
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
11
Fisiología (VIII)
Anatomía y procesos ... (V)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
12
6
Fisiología del olfato (IX)
Anatomía y procesos químicos básicos (VI)
• Para nosotros, la idea fundamental no es en sí el
proceso, sino el efecto de “amplificación de la
señal”
→Altísima sensibilidad del sistema olfativo humano
• ¡Pero mucho menos que otros mamíferos!
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Fisiología del olfato (X)
Procesos neurosensoriales superiores (I)
• Los axones de las células mitrales constituyen el
tracto olfativo que comunica el bulbo olfativo
con el córtex olfativo
• El córtex olfativo comunica con varias zonas del
cerebro:
– Zonas superiores de procesamiento olfativo
(reconocimiento, discriminación, percepción,
memoria)
– Estructuras límbicas (respuestas subconscientes,
emociones, comportamiento, regulación hormonal)
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14
7
Fisiología del olfato (XI)
Procesos neurosensoriales superiores (II)
• Receptores olfativos:
–
–
–
–
Aproximadamente 1000 proteínas diferentes
Cada neurona olfativa sólo genera una proteína
Distribución “aleatoria” en el epitelio olfativo
¡¡Mismos tipos de neuronas olfativas se conectan en
el mismo glomérulo!!
– Misma disposición entre distintos sujetos
– ¡¡Podemos detectar 100000 olores!! ¿Cómo?
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Fisiología del olfato (XII)
Procesos neurosensoriales superiores (III)
• Detección de olores:
– Explicación relativamente reciente (Noviembre
2001)
– Combinaciones de activaciones en glomérulos
(mapa)
– Las excitaciones de cada receptor también tienen
correspondencia “topológica” en córtex olfativo
(mapa)
• Procesos relacionados con la memoria y las
emociones poco conocidos
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8
Fisiología del olfato (XIII)
Percepción cuantitativa (I)
• Problema fundamental:
– Cualidades sensoriales difícilmente medibles (la
concentración no es un parámetro fiable)
• Intensidad percibida de olor:
– No responde linealmente a concentración
– Respuesta típica sigmoidea
– Dos umbrales:
§
Umbral de detección
– 3·10-6 mg/l (citral)
§
Umbral de identificación
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Fisiología del olfato (XIV)
Percepción cuantitativa (II)
• Intensidad percibida de olor:
– Dos comportamientos de la intensidad percibida:
§
Aumenta rápidamente con concentración (notas altas)
– Bajo rango dinámico, alta volatilidad
§
Aumenta lentamente con concentración (notas bajas)
– Alto rango dinámico, más duraderos
• Investigación en desventaja frente a otros sentidos
• Tiempos de reacción y adaptación
– Proporcionales a concentración (potencia de)
– Glándulas del epitelio olfativo “limpian”
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9
Fisiología del gusto (I)
Anatomía y procesos químicos básicos (I)
• Anatomía “externa”
– Cavidad bucal
– Lengua
– Papilas:
§
§
§
§
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Circunvaladas
Foliadas
Filiformes
Fungiformes
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Fisiología del gusto (II)
Anatomía y procesos químicos básicos (II)
• Células nerviosas
sensibles en las yemas
gustativas
• También ciliadas
• Conexión del axón con él
córtex cerebral
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10
Fisiología del gusto (III)
Anatomía y procesos químicos básicos (III)
• Estimulación a través de
moléculas “sabrosas” y
composición química
básica
• Cuatro sabores básicos:
–
–
–
–
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Dulce
Salado
Amargo
Agrio (ácido)
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Fisiología del gusto (IV)
Anatomía y procesos químicos básicos (IV)
• Un “quinto sabor”: umami
• Procesos químicos más sencillos que en el olfato
– Ácido (H+)
– Salado (Cl- Na+)
– Dulce (sacarosa, ...)
• Caso especial: glutamato monosódico
• Complementado con textura, temperatura y, sobre
todo, olfato (70% de la percepción del sabor)
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11
Fisiología del gusto (V)
Procesos neurosensoriales superiores
• Más simple que el
olfato (muy
dependiente de éste)
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Patologías (I)
Tipos y causas
• Tres tipos genéricos:
– Pérdida completa de capacidad de detectar olores o
sabores (anosmia o ageusia)
– Disminución de capacidad (hiposmia o hipogeusia)
– Trastornos en la percepción (anosmias o ageusias
específicas)
• Causas:
– Infecciones
– Lesiones en la cabeza
– Exposición a productos químicos
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12
Patologías (II)
Diagnóstico y tratamiento
• Diagnóstico: medida de umbrales de sensibilidad
• Tratamiento:
– Químico
– Quirúrgico
– ¿Prótesis?... No por el momento, aunque hay algunos
detectores comerciales que cumplen esa misión
• Futuro:
– Comprensión de la fisiología y mecanismos
superiores
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25
El olfato artificial (I)
Introducción (I)
• Definición:
Una nariz electrónica es un instrumento que consiste
en un conjunto de sensores electroquímicos con una
especificidad parcial y un sistema adecuado de
reconocimiento de patrones, capaz de reconocer
olores simples o complejos.
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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13
El olfato artificial (II)
Introducción (II)
• ¿Tiene sentido?
– ¿Para prótesis?
– ¿Aplicación industrial?
§
§
§
§
Control de calidad alimentos y bebidas
Diagnóstico médico
Control ambiental
Uso militar
• ¿Puede aproximarse a la sensibilidad del humano?
– No por ahora, pero... ¿debería hacerlo?...
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El olfato artificial (III)
Historia
• Nada antes de 1920
• En 1920 postularon primeras teorías (medición de
carga)
• Años 50: Primeros aparato experimentales
(sensores amperométricos, termistores)
• Mediados de los 60: sensores de conductividad
• Años 80: Concepto de nariz electrónica actual
• 1991: Primer workshop
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El olfato artificial (IV)
Métodos clásicos (I)
• Cromatografía de gases
• Espectroscopía de masas
(separación estructural por MS)
(separación temporal por GC)
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El olfato artificial (V)
Métodos clásicos (II)
• Olfatómetros
• Expertos
• Problemas:
– Caros
– Lentos
– Subjetivos
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
30
15
El olfato artificial (VI)
Arquitectura (I)
• Típicamente
Suministro
de
material
oloroso
Cámara
con array
de
sensores
químicos
Muestra
Patrones
Adaptación
de señal
de
sensores
A/D
Análisis
Visualización
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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Índice
•
•
•
•
•
Introducción
Fisiología del olfato y el gusto
Patologías del olfato y el gusto
Repaso + El olfato artificial (electrónico)
El gusto artificial
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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16
Repaso
• Intro:
–
–
–
–
Sentidos químicos
Supervivencia
Mal parado en comparación con otros sentidos
¿Necesidad olfato electrónico?
• Química de los olores:
– Moléculas olorosas y características
– Relación estructura-propiedades olorosas
desconocida
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33
Repaso
Química de los olores
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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17
Repaso
Fisiología del olfato (I)
• Fisiología del olfato:
–
–
–
–
–
–
Epitelio olfativo, mucosa, neuronas ciliadas
Glomérulos y células mitrales
Córtex olfativo
Proceso químico y eléctrico: ¡amplificación!
“Mapa” de activación en glomérulos y córtex
Percepción cuantitativa (2 comportamientos)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
35
Repaso
Fisiología del olfato (II)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
36
18
Repaso
Fisiología del olfato (III)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
37
Repaso
Fisiología del gusto (I)
• Fisiología del gusto:
– Lengua, papilas gustativas, neuronas ciliadas
– Proceso químico: más sencillo (5 sabores simples)
– Percepción del sabor:
§
§
§
Sabor
Textura, temperatura
Olor
• Patologías
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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19
Repaso
Fisiología del gusto (II)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
39
Repaso
Fisiología del gusto (III)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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20
Repaso
Nariz electrónica (I)
• Definición:
Una nariz electrónica es un instrumento que
consiste en un conjunto de sensores electroquímicos
con una especificidad parcial y un sistema adecuado
de reconocimiento de patrones, capaz de reconocer
olores simples o complejos.
• ¿Parecida a biológica en capacidad?
• Historia (concepto en los años 80)
• Métodos clásicos (GC, MS, humanos: lentos, caros)
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Repaso
Nariz electrónica (II)
• Típicamente
Suministro
de
material
oloroso
Cámara
con array
de
sensores
químicos
Muestra
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
Patrones
Adaptación
de señal
de
sensores
A/D
Análisis
Visualización
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El olfato artificial (VII)
Arquitectura – etapas previas (II)
• Suministro de material oloroso:
– Sumamente difícil (evitar contaminación y alteración)
– Manual (el material se inyecta en la cámara)
§
§
Errores
Lentitud
– Automático (gas inerte portador)
• Cámara de sensores
– Ambiente controlado:
§
Contaminantes, temperatura y humedad (también en el olfato
humano)
– Mecanismo de limpieza
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43
El olfato artificial (VIII)
Arquitectura – sensores (III)
• Sensores
–
–
–
–
Elemento clave de la nariz electrónica
Idealmente basado en comportamiento biológico
...pero...
Nuestro conocimiento es limitado → aproximación
empírica
– Se usan los sensores disponibles y se modifican de
forma adecuada para cumplir requisitos
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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22
El olfato artificial (IX)
Arquitectura – sensores (IV)
• Requisitos de los sensores:
–
–
–
–
–
–
Respuesta y recuperación (razonablemente) rápidas
Margen dinámico adecuado
Respuesta lineal a la concentración (idealmente)
Respuesta reproducible
Reversibilidad
Baja sensibilidad frente a cambios ambientales (temperatura,
humedad, flujo recibido)
– Bajo coste y pequeño tamaño
– ¿Alta especifidad? ... No es imprescindible ... Basta con que
genere patrón diferenciable
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45
El olfato artificial (X)
Arquitectura – sensores (V)
• Sensores clasificables por material o principio
• Tipos de sensores (según material):
– Materiales inorgánicos (semiconductores, óxidos
metálicos, etc.)
[robustos, ↑ temperatura]
– Materiales orgánicos (polímeros)
[más flexibles, temperatura ambiente]
– Materiales biológicos (enzimas, proteínas, anticuerpos,
etc.)
[difíciles de estabilizar]
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23
El olfato artificial (XI)
Arquitectura – sensores (VI)
• Tipos de sensores (según principio de detección):
– Medida de propiedades eléctricas (corriente, tensión,
capacidad, etc.)
– Medida de cambios de masa
– Medida de cambios en las propiedades ópticas
(absorción, fluorescencia, reflectividad, etc.)
– Otros (electroquímicos, generación de calor, etc.)
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47
El olfato artificial (XII)
Arquitectura – sensores (VII)
• Sensores de conductividad (I)
– La absorción de gases modifica la conductividad del
material activo:
§
§
Semiconductor metal óxido
Polímeros conductores
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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24
El olfato artificial (XIII)
Arquitectura – sensores (VIII)
• Sensores de conductividad metal óxido (II)
–
–
–
–
Operan a altas temperaturas (200-400 ºC)
Muy usados y disponibles comercialmente
Sensibilidad 5-500 ppm
La “receta” del material activo se diseña para mejorar
la respuesta a olores específicos
– Problemas de deriva y
contaminación
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El olfato artificial (XIV)
Arquitectura – sensores (IX)
• Sensores de conductividad polímeros (III)
–
–
–
–
–
–
Más versátiles
Operan a temperatura ambiente
Alta sensibilidad (de 0,1 a 100 ppm)
Propiedades no constantes entre partidas
Muy sensibles a la humedad
Tiempos de recuperación más lentos (el gas se
introduce en la muestra)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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25
El olfato artificial (XV)
Arquitectura – sensores (X)
• Sensores piezoeléctricos (I)
– Usan las propiedades piezoeléctricas de los materiales
de soporte (frecuencia de resonancia sumamente
estable)
– Dos tipos:
§
§
QCM (quartz crystal micro balance)
SAW (surface acoustic wave)
– Necesitan también material sensible (típicamente
polímeros)
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51
El olfato artificial (XVI)
Arquitectura – sensores (XI)
• Sensores piezoeléctricos QCM (II)
– Disco resonante con electrodos de metal a cada lado
– Recubrimiento de polímero
– Gas se adsorbe en superficie
y modifica masa
→ se modifica la frecuencia
de resonancia
– Ej: fo = 10 MHz y ∆m = 0,01%
∆f = 1 KHz
– Uso inicial militar
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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El olfato artificial (XVII)
Arquitectura – sensores (XII)
• Sensores piezoeléctricos QCM (III)
–
–
–
–
–
Lineales en un amplio rango
Detecta cambios de masa entre 1 ng. y 1 pg.
Recuperación se consigue con gas de referencia
Insensibles a cambios en la temperatura
Insensibles a cambios entre partidas (se mide la
frecuencia normalizada de cambio)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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El olfato artificial (XVIII)
Arquitectura – sensores (XIIII)
• Sensores piezoeléctricos SAW (IV)
– Se genera una onda
de superficie en un
extremo que llega
al opuesto con un
determinado cambio
de fase (función del
gas adsorbido)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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27
El olfato artificial (XIX)
Arquitectura – sensores (XIV)
• Sensores piezoeléctricos SAW (V)
– Frecuencias mayores que en QCM (100 MHz)
– Igual capacidad de detección pero mayores cambios en
frecuencia
– Más baratos de fabricar que los QCM
• En general, los sensores piezoeléctricos:
– Tienen problemas de ruido en función de la relación
superficie-volumen
– Electrónica de detección más compleja
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
55
El olfato artificial (XX)
Arquitectura – sensores (XV)
• Sensores basados en MOSFET (I)
– Estructuras Metal-Óxido-Semiconductor
– La puerta metálica
es la usada para
detección (metal
catalizador)
– Modificación de
las propiedades
eléctricas del
MOSFET
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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28
El olfato artificial (XXI)
Arquitectura – sensores (XVI)
• Sensores basados en MOSFET (II)
–
–
–
–
–
Moléculas olorosas reaccionan con el metal catalizador
Escasez de materiales sensores
Detección de algunas ppm
Ventaja: Integración en fabricación de Ics
Variaciones con el tiempo similares a los dispositivos
basados en conductividad
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
57
El olfato artificial (XXII)
Arquitectura – sensores (XVII)
• Sensores ópticos (I)
– Se utilizan fibras ópticas y
se miden cambios en
propiedades ópticas por la
presencia de materiales
químicamente activos
– Material activo contiene
pigmentos cuya polaridad
se altera al interaccionar
con las moléculas olorosas
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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29
El olfato artificial (XXIII)
Arquitectura – sensores (XVIII)
• Sensores ópticos (II)
– Existen multitud de pigmentos usados en investigación
biológica → sensores baratos
– Detección de ppb
– Insensibles a interferencias eléctricas
– Reducido tamaño
– Complejidad de la instrumentación de medida
– Tiempo de vida de los pigmentos limitado
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
59
El olfato artificial (XXIV)
Arquitectura – sensores (XIX)
• Otros sensores
– Electroquímicos (oxidación y reducción del gas)
– Detección de calor (se mide la concentración del
combustible detectando el incremento de temperatura
en un proceso de oxidación)
– Sensores biológicos
– Basados en micropalancas
• Arrays de sensores:
– Ventaja: mayor rango ambiental y de sustancias
– Desventaja: mayor complejidad del sistema
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
60
30
El olfato artificial (XXV)
Arquitectura – sensores (XX)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
61
El olfato artificial (XXVI)
Arquitectura – sensores (XXI)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
62
31
El olfato artificial (XXVII)
Arquitectura – sensores (XXII)
• Ejemplo de salida de un array de 8 sensores
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
63
El olfato artificial (XXVIII)
Arquitectura – sensores (XXIII)
• Sensores del futuro
– ¿Biológicos?
– Necesitamos más conocimiento de los procesos
olfativos biológicos
– Aproximación fuertemente pluridisciplinar
(bioquímica, biología, fisiología, biosensores,
procesado de señales, reconocimiento de patrones, etc.)
– Sistemas híbridos electrónicos y biológicos
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
64
32
El olfato artificial (XXIX)
Arquitectura – acondicionamiento y A/D
• Adaptación de señal de sensores
– Filtrado
– Disminución de ruido
– Amplificación
• Conversión A/D
– Requisitos de frecuencia de muestreo
– Tamaño de muestra
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
65
El olfato artificial (XXX)
Arquitectura - análisis (I)
• Identificación del olor y cuantificación
– Proceso digital de señal
– Reconocimiento estadístico de patrones
f2
olor 2
olor 3
olor 1
f1
tiempo
Array de sensores
Vector de
Clase de olor
Clase de olor
características (medida de confianza) Post-procesada
f2
Medidas
normalizadas
respuesta
Medidas
directas
Preproceso de
señal
Reducción de
Dimensionalidad
(parametrización)
f1
Clasificación
?
Toma de
decisiones
Adaptación y realimentación
– Sólo el preproceso depende del sensor
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
66
33
El olfato artificial (XXXI)
Arquitectura - análisis (II)
• Preproceso:
Compensa desviaciones de los sensores
Manipulación de las salidas de los sensores
Normalización
Compresión de los transitorios
Medidas
directas
Muy dependiente del sensor y de la
etapa previa de acondicionamiento
Medidas
normalizadas
respuesta
–
–
–
–
–
tiempo
Preproceso de
señal
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
67
El olfato artificial (XXXII)
Arquitectura - análisis (III)
• Extracción de parámetros (I):
f2
– Reducción de dimensionalidad
– Extracción de información relevante (eliminación de
redundancia)
– Típicamente se aplican
Medidas
Vector de
normalizadas
características
transformaciones lineales
– También no lineales:
§
§
Transformaciones de Sammon
Mapas de Cohonen
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
f1
Reducción de
Dimensionalidad
(parametrización)
68
34
El olfato artificial (XXXIII)
Arquitectura - análisis (IV)
• Extracción de parámetros (II):
– Transformaciones lineales típicas:
§
§
Análisis de componentes principales
(PCA: Principal Component Analysis)
→ busca componentes de mayor varianza
→ No tiene en cuenta etiquetas
Análisis discriminante lineal
(LDA: Linear discriminant analysis)
→ busca proyecciones que maximizan la distancia entre
muestras de clases distintas
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
69
El olfato artificial (XXXIV)
Arquitectura - análisis (V)
• Clasificación:
– Etapa previa de entrenamiento
– Métodos clásicos:
§
f2
§
Clasificación bayesiana
→ Construye fdp
K vecinos más próximoc (KNN: K Nearest Neighbours)
→ Calcula los más próximos y decide
Vector de
Clase de olor
características (medida de confianza)
por mayoría
Redes neuronales (NN: Neural networks)
§
olor 2
olor 3
olor 1
– Medida de confianza
f1
Clasificación
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
70
35
El olfato artificial (XXXV)
Arquitectura - análisis (VI)
• Toma de decisiones:
Clase de olor
Clase de olor
(medida de confianza) Post-procesada
– Refinamiento de la decisión
– Si se dispone de información adicional:
§
§
§
?
Toma de
decisiones
Umbrales de confianza
Coste asociado a los errores
Etc.
– Puede llegar a cambiar la decisión previa
e incluso determinar la no pertenencia
de la muestra al repertorio de posibles
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
71
El olfato artificial (XXXVI)
El olfato en un chip
• SOC: System On Chip
– Integración de elementos
electrónicos, químicos y
electromecánicos
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
72
36
El olfato artificial (XXXVII)
Aplicaciones (I)
•
•
•
•
•
•
Industria alimentaria
Aplicaciones médicas
Industria farmacéutica
Monitorización ambiental y seguridad
Militares
Industria perfumera
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
73
El olfato artificial (XXXVIII)
Aplicaciones (II)
• Industria alimentaria:
–
–
–
–
–
–
–
–
El mayor mercado para la nariz electrónica
Evaluación de calidad
Control de procesos de preparación de alimentos
Control de fermentación
Chequeo de frescura y control de caducidad
Graduación de bebidas alcohólicas
Clasificación de cafés, cervezas, licores, etc.
Sustitución de paneles de expertos (comparación con
productos de referencia)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
74
37
El olfato artificial (XXXIX)
Aplicaciones (III)
• Industria alimentaria:
– Ejemplo de identificación de cafés
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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El olfato artificial (XL)
Aplicaciones (IV)
• Aplicaciones médicas:
– Herramienta diagnóstica (olores corporales):
§
§
§
Aliento
Heridas
Fluidos (sudor, orina, etc.)
– ¿Telecirugía?...
• Industria farmacéutica:
– Análisis de materias primas de entrada
– Detección de contaminantes en áreas de almacenamiento y
distribución
– Determinación de fuentes de olores desagradables
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
76
38
El olfato artificial (XLI)
Aplicaciones (V)
• Monitorización ambiental y seguridad
– Desechos químicos y nucleares → necesidad de
identificación de contaminantes
– Fugas de combustible
– Calidad del agua
– Calidad del aire
– Olores domésticos
– Monitorización de emisiones industriales
– Detección de explosivos y drogas
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
77
El olfato artificial (XLII)
Aplicaciones (VI)
• Aplicaciones militares y espaciales
– Detección de agentes biológicos y químicos
– Detección de minas y explosivos abandonados
– Control ambiental en naves espaciales
• Industria perfumera
– Identificación de olores esenciales
– Evaluación de fragancias
– Control de calidad
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
78
39
El olfato artificial (XLIII)
Sistemas comerciales (I)
• E-nose Pico 2
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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El olfato artificial (XLIV)
Sistemas comerciales (II)
• estcal.com y JPL
http://www.estcal.com/Products.html
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40
El olfato artificial (XLV)
Sistemas comerciales (III)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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El olfato artificial (XLVI)
Sistemas comerciales (IV)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
82
41
El olfato artificial(XLVII)
Sistemas comerciales (V)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
83
El olfato artificial (XLVIII)
Sistemas comerciales (VI)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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42
El olfato artificial (XLIX)
Ventajas e inconvenientes
• Ventajas frente a la nariz biológica:
–
–
–
–
–
Genera una salida cuantitativa
Es fácil de automatizar
Puede usarse en análisis en tiempo real
Humanos entrenados son caros y su respuesta varía
Productos químicos peligrosos
• Inconvenientes
– Sensibilidad a variaciones ambientales
– Reproducibilidad de resultados (deriva)
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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El olfato artificial (L)
Necesidades
• Concentración de la muestra sin pérdida de olor
• Arrays más sensibles para aplicaciones especiales
• Sistemas 100 veces mejores en los polímeros conductores
podrían permitir una nariz artificial portátil equivalente a
la humana
• Sistemas de 10 a 100 veces más rápido en tiempo de
recuperación que los actuales para aplicarse en muchas
aplicaciones de mucho volumen.
• Desviaciones menores del 5% en su tiempo de vida así
como de una partida a otra
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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43
El gusto artificial (I)
Introducción
• Mismos principios que para el olfato artificial
• Diferencias:
– Medio líquido
– Sustancias y fenómenos químicos
• Menos importantes que el olfato (desde el punto
de vista de su potencia discriminativa)
• Trabajos orientados a la “fusión sensorial”
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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El gusto artificial (II)
Aplicaciones y productos comerciales (I)
• Detección de cualidades de vinos, agua mineral
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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El gusto artificial (III)
Aplicaciones y productos comerciales (II)
• Array de centenares de sensores
• Cambios en el color de los
sensores
• Procesamiento de la imagen
para identificación
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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Filosofía
• ¿Hacen falta los sentidos para el aprendizaje? (Helen
Keller)
• ¿Cuántos?...
• Fusión sensorial (por ahora sólo aplicado a comida y
bebida).
• Olor a “miedo” ¿huelen las emociones?
• Olores y memoria: ¿Terapia olorosa?
• Aprendizaje de olores (bebés)
• Elección de pareja
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¿ Preguntas ?
Ingeniería Neurosensorial. El olfato y el gusto
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