Cientistas israelenses fundem inseto e máquina para criar um cheiro

Cães nos aeroportos, baixem a cabeça: cientistas de Tel Aviv criam biomecânica de gafanhotos como prova de conceito

Pesquisadores da Universidade de Tel Aviv criaram o que pode ser o dispositivo de identificação de odores mais sensível do mundo, combinando eletrônica de ponta e IA com “tecnologia” que remonta a centenas de milhões de anos: a antena de gafanhotos. (Relaxe, caro leitor, o gafanhoto sobrevive a esta história.)

Sua invenção de prova de conceito de um robô olfativo biomecânico baseado em um sensor de gafanhoto foi descrita na semana passada na prestigiada revista Biosensors and Bioelectronics.

“Smell-bots” são usados ​​nos aeroportos mais avançados para detectar contrabando como maconha em nossa bagagem e em nossa pessoa. Aeroportos ainda mais avançados usam cães porque, como apontam o Prof. Yossi Yovel, o Dr. Ben Maoz e a equipe, as tecnologias feitas pelo homem ainda não conseguem competir com milhões de anos de evolução. Ainda não conseguem, mas agora os cientistas da Universidade de Tel Aviv levaram o conceito mais longe, aproveitando o sentido olfativo avançado dos gafanhotos.

Os insetos começaram a surgir há quase meio bilhão de anos e tiveram tempo de desenvolver habilidades extraordinárias. Nosso amigo, o mosquito, pode detectar uma diferença de 0,01% na concentração de dióxido de carbono, o que ajuda a orientá-los para possíveis refeições: animais exalando CO2. A humanidade está longe de produzir sensores artificiais com tais capacidades, diz a equipe.

Por que escolher gafanhotos e não, digamos, mosquitos ou baratas, que não têm muitos fãs uivando sobre os seus direitos? Os gafanhotos eram conhecidos por serem capazes de identificar uma grande variedade de aromas, diz Maoz, acrescentando que o coautor Prof. Amir Ayala – um especialista no inseto – considerou esse o ponto de partida apropriado.

Então, o gafanhoto do deserto israelense cheira usando suas antenas. O truque é conectar esse sensor biológico a um sistema artificial que pode receber e decodificar os sinais elétricos – que a equipe chama de “tecnologia simples de eletroantenograma” armado com software de análise de odores. Seu robô olfativo biomecânico é 10.000 vezes mais sensível do que um dispositivo eletrônico de “cheiro” comumente usado, diz a equipe.

O que é tecnologia simples de eletro-antenograma? “As informações no corpo de todos os organismos vivos são transferidas por meio de impulsos elétricos. Nossos órgãos sensoriais transduzem diferentes tipos de estímulos ambientais (por exemplo, moléculas de odor) em sinais elétricos”, explica Maoz. “A tecnologia de eletroantenograma permite que os sinais gerados pela antena do inseto em resposta a sinais olfativos específicos (odores específicos) sejam 'lidos'. Esses sinais podem então ser alimentados em um algoritmo de aprendizado de máquina para identificação e em um robô para localização.”

Ensinar a máquina envolveu conectar a antena à tecnologia e expô-la a vários odores, enquanto se media a atividade bioelétrica que cada odor induzia, diz Yovel.

“O sistema permitiu-nos detectar cada odor ao nível do órgão sensorial primário do inseto. Depois, na segunda etapa, usamos machine learning para criar uma ‘biblioteca’ de cheiros”, explica.

Assim conseguiram caracterizar a percepção da antena de oito odores, como gerânio, limão e maçapão. “Na verdade, após o término do experimento, continuamos a identificar outros cheiros diferentes e incomuns, como vários tipos de uísque escocês. Uma comparação com dispositivos de medição padrão mostrou que a sensibilidade do nariz do inseto em nosso sistema é cerca de 10 mil vezes maior do que a dos dispositivos em uso hoje”, observa Yovel.

O dispositivo resultante pode distinguir entre pelo menos esses oito odores puros e duas misturas de odores diferentes, independentemente da concentração do odor, diz a equipe.

A capacidade de identificar oito odores parece inútil. Mas esse número é apenas um artefato do processo de treinamento do bug-bot, explica Maoz.

“A maioria dos farejadores eletrônicos são sensíveis a moléculas específicas (o que significa odores específicos)”, diz ele. “Como estamos usando um nariz biológico, (quase) não estamos limitados a moléculas específicas. Conseguimos ver respostas únicas a dezenas de odores.” Mas o oito ocorre porque treinar o sistema para reconhecer um cheiro específico – qual odor pertence a qual material – é demorado. Pode-se treinar o farejador para detectar qualquer odor que desejar e neste caso escolheram oito. Contrabandistas de maçapão, vocês estão avisados.