Los aromas del café ahora se pueden enviar a través de Internet

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 sentido del olfato, por el contrario, está casi completamente ausente en la comunicación digital, aunque está estrechamente vinculado a los recuerdos, las sensaciones y el sabor de la comida. Cualquiera que envíe a su familia una foto de un pastel casero todavía no puede incluir el olor del horno. Es precisamente esta brecha la que quieren cerrar los científicos de materiales que trabajan con Chunyu Yang y Jinghua Li de 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, de los cuales cada pantalla mezcla cada imagen. No existe un kit de olores tan sencillo. 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 el cerebro procesa para formar una impresión general. Por lo tanto, un dispositivo que realmente registre y reproduzca los olores uno a 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 por completo, su sistema sólo debería reconocerlo y asignarlo a una categoría. El corazón del sistema es una nariz electrónica formada por 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 almacenado allí. 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 funciona 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 mantuvieron cada una de las cinco muestras delante de los sensores 50 veces durante unos 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, café frío, 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 aciertos fue del 98,5 por ciento. El café, sobre todo, llamó la atención: era el que proporcionaba las señales más débiles, porque muchas de sus sustancias aromáticas apenas eran detectadas por los sensores utilizados. Fue reconocido de todos modos.

Olores a través de Internet: datos en lugar de moléculas aromáticas

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. La transmisión pura tardó en las pruebas 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 vivo, toda la cadena reaccionó después de aproximadamente 0,6 segundos. Sin embargo, la nariz electrónica puede tardar entre varias y decenas de segundos en clasificar de forma fiable un olor real.

Importante para la comprensión: a través de la línea no pasa ni una sola molécula de olor. El dispositivo receptor contiene pequeñas cámaras con líquidos aromáticos precargados, 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 aroma para el que no existe una cámara no se puede reproducir. Por tanto, los investigadores hablan abiertamente de una reconstrucción a nivel de categoría y no de una copia químicamente exacta. Sin embargo, para muchas aplicaciones es suficiente que el destinatario perciba de forma fiable un aroma a café o mandarina.

Un dispositivo aromático como pulsera, collar o dispositivo de mano.

El propio dispensador de aromas, que da nombre al sistema, es sorprendentemente sencillo. En una carcasa impresa en 3D, una mecha de algodón aspira un líquido perfumado de una pequeña cámara y lo sujeta a un disco piezoeléctrico. Este disco vibra alrededor de 110.000 veces por segundo bajo voltaje alterno y fuerza al 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 máxima potencia, el dispositivo atomiza hasta casi un mililitro por minuto; En funcionamiento económico, un llenado dura más de media hora.

El equipo construyó varias variaciones: una pulsera con dos canales aromáticos que se levanta hasta la nariz cuando es necesario, un dispositivo portátil con cinco canales y un collar en el que se ensartan cinco cápsulas aromáticas como cuentas. 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 al mismo tiempo.

Los voluntarios reconocieron casi tres de cada cuatro olores

Los investigadores probaron con voluntarios del entorno de la universidad si los olores enviados también llegan a las personas. Los participantes primero conocieron los cinco aromas mediante muestras etiquetadas y luego olieron el dispositivo directamente. A continuación, Scentronic entregó los olores en un orden aleatorio. Los 14 participantes asignaron correctamente los distintos aromas en el 72,9 por ciento de los casos; Si hubieran adivinado, la cifra habría sido del 20 por ciento. Incluso reconocieron mezclas de dos aromas, como café con mandarina o cerveza con pastel, con un 71,4 por ciento. La intensidad fue más difícil: los sujetos de prueba solo obtuvieron cinco niveles de intensidad de un olor a alcohol en el orden correcto en el 58,6 por ciento de los casos.

Los autores reconocen que sus experimentos tenían un diseño simple e incluían pocas condiciones de control, lo que puede introducir sesgos. El grupo también era pequeño. Para poder hacer afirmaciones fiables sobre la percepción de muchas personas, se necesitan estudios más amplios y estrictamente controlados. También mostró las diferencias entre el funcionamiento de las narices: la rapidez con la que los participantes se acostumbraban a un olor constante variaba mucho de persona a persona.

Una taza que hace que el café sepa bien en el mundo virtual

Como el gusto proviene en gran medida del olfato, los investigadores fueron un paso más allá. Construyeron una taza digital con cinco aromatizantes 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 con vasos de realidad mixta, un usuario tomó una cerveza o un café virtual en un estante y la taza real proporcionó el sabor y el olor correspondientes. Hasta ahora, los investigadores sólo han investigado cuán convincente es esta experiencia en pruebas preliminares.

Otros estudios también muestran que el 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 aromas digitales no es del todo nueva. Otros grupos ya han presentado módulos aromáticos para gafas de realidad virtual y dispensadores de aromas 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 gratuitamente en el estudio de 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, de un traumatismo craneoencefálico o 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 comprobar esto en la práctica utilizando palitos para olfatear o tarjetas para rascar. Un dispositivo olfativo controlado a distancia podría llevar estas pruebas al hogar, aumentando gradualmente la intensidad del olor y determinando así exactamente cuándo un paciente huele algo. También sería concebible un entrenamiento del olfato específico para la rehabilitación.

Los autores también mencionan las compras online, en las que los clientes prueban un perfume con antelación, experiencias más intensivas en juegos y mundos virtuales, y videollamadas en las que 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 la investigación NSF, los Institutos Nacionales de Salud y la agencia de investigación del Departamento de Defensa de EE.UU. DARPA. Según los autores, no existen intereses contrapuestos.

Queda un largo camino por recorrer para encontrar una fragancia para cada ocasión

La tecnología aún está muy lejos de una tarifa plana de fragancias para teléfonos inteligentes. La nariz electrónica sólo reconoce 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 un líquido adecuado para cada olor. Según los autores, el sistema no puede seguir el ritmo de la fina capacidad de discriminación de un ser humano o incluso de la nariz de un perro, que puede oler el estrés en las personas con gran precisión.

Por ello, los investigadores quieren combinar más sensores, mejores métodos de reconocimiento y más canales olfativos para poder mezclar en el futuro perfiles olfativos más complejos. Junto con expertos en investigación olfativa, están planificando procedimientos de prueba estandarizados y también creen que es posible medir las ondas cerebrales durante la emisión de olores. Hasta el momento se trata únicamente de un prototipo de investigación. Sin embargo, Scentronic demuestra que el sentido del olfato, olvidado durante mucho tiempo, puede integrarse fundamentalmente en la comunicación digital, al menos para una pequeña selección de olores familiares.

Avances científicos, Scentronic: una interfaz olfativa asistida por inteligencia artificial para compartir y transmitir olores de forma remota; doi:10.1126/sciadv.aee9266

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