Crean una nariz artificial capaz de detectar concentraciones críticas de CO2

Un equipo de investigadores del Centro de Automática y Robótica de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) han desarrollado una nariz artificial capaz de detectar diferentes tipos de gases, entre ellos el dióxido de carbono, cuando llegan a niveles críticos. Los resultados obtenidos han sido publicados en la revista Machine.

Este dispositivo se basa en el análisis de la dinámica de fluidos computacional y utiliza una nariz artificial modular, inspirada en el proceso de inhalación y exhalación, equipada con un sistema de captura de aire que trabaja en tiempo real.

Nuestro trabajo propone un método para adquirir gases ambientales utilizando una nariz artificial, un sistema sensorial capaz de muestrear gas, al emular el comportamiento de una nariz real

Christyan Mario Cruz (UPM)

La inhalación continuada de dióxido de carbono reduce la capacidad para transportar oxígeno de la sangre y hace que las células no puedan utilizar el oxígeno que les llega. Esa privación de oxígeno afecta principalmente al cerebro y al corazón, ocasionando intoxicaciones graves, o incluso la muerte en los casos más graves.

Por ello, resulta importante poder contar con un sistema precoz de detección de la presencia de este gas en el aire que pueda ayudar a personas en situación de riesgo o incluso a los servicios de emergencia a percibir la presencia de este gas en el aire antes de que produzca efectos perjudiciales en la salud.

“Nuestro trabajo propone un método para adquirir gases ambientales utilizando una nariz artificial, un sistema sensorial capaz de muestrear gas (por ejemplo dióxido de carbono) dentro de un rango circundante al emular el comportamiento de una nariz real, replicando las fases de inhalación y exhalación”, explica Christyan Mario Cruz, investigador de la UPM y autor principal del estudio.

El sistema implementado ha tenido una fase de diseño previa que analiza el comportamiento de las partículas a su alrededor a través de un análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD) para mejorar y maximizar la calidad de las muestras adquiridas de un área determinada.

El sistema de aspiración mostró una mejora sustancial en la concentración de medición, produciendo lecturas más confiables al aumentar las partes por millón de dióxido de carbono

La información se ha utilizado para crear mapas de concentración del dióxido de carbono en el entorno. Finalmente, la nariz se integró en el sistema operativo de un robot cuadrúpedo para maximizar la cobertura ambiental, aprovechando sus capacidades de locomoción en terrenos no estructurados.

“Integrado en un robot cuadrúpedo, el sistema puede recorrer el entorno para recoger muestras, maximizando la cobertura y ofreciendo una perspectiva completa de la distribución de gases en el área”, señala Antonio Barrientos, del CAR UPM y otro de los coautores de este estudio.

“La plataforma robótica utiliza una interfaz gráfica para visualizar mapas de concentración de gases en tiempo real. Este avance promete mejorar la eficiencia en la detección de sustancias en el entorno”, añaden.

Los resultados obtenidos son alentadores. El sistema de aspiración mostró una mejora sustancial en la concentración de medición, produciendo lecturas más confiables al aumentar las partes por millón (ppm) de dióxido de carbono en un promedio del 61 % en lugar de realizar mediciones únicamente con el sensor expuesto al entorno.

Aplicaciones del sistema

Un dispositivo como el que han desarrollado los investigadores de la UPM puede resultar útil para apoyar a los servicios de emergencia en labores de rescate cuando el entorno puede estar contaminado por la presencia de gases.

“El sistema puede aplicarse para la detección temprana de víctimas vivas en escenarios contaminados, detectando gases, como el dióxido de carbono emitido por la víctima que causa una anomalía en las mediciones durante una misión. Otra aplicación es la preinspección en un entorno posterior a un desastre, advirtiendo a los rescatistas humanos sobre zonas peligrosas con posibles concentraciones de gases tóxicos”, concluyen los investigadores de la UPM.

Referencia:

Cruz Ulloa, C. et al., “A Portable Artificial Robotic Nose for CO2 Concentration Monitoring”. Machines, 2024