Nariz artificial para robots | Noticias de la Ciencia y la Tecnología (Amazings® / NCYT®)

La inhalación continuada de dióxido de carbono (CO2) en concentraciones demasiado grandes 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. De ahí que sea importante poder contar con un sistema precoz de detección que pueda ayudar a personas en situación de riesgo o incluso a los servicios de emergencia a percibir una presencia peligrosamente grande de este gas en el aire antes de que produzca efectos perjudiciales en la salud.

Partiendo de esa necesidad, un equipo de investigadores del Centro de Automática y Robótica (CAR) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha logrado desarrollar una nariz artificial capaz de detectar diferentes gases, entre ellos el CO2, cuando llegan a niveles críticos. Este innovador dispositivo se basa en el análisis de 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 (por ejemplo CO2) dentro de un rango circundante al emular el comportamiento de una nariz real, replicando las fases de inhalación y exhalación. Esto se logra a través de un sistema distribuido de absorción de aire y canalizando el aire de manera concentrada hacia un sensor interno para su análisis”, 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. La información se ha utilizado para crear mapas de concentración del CO2 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 complejos.

Robot en el que se ha probado la nueva nariz artificial. (Foto: UPM)

“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 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 investigadores.

Los resultados obtenidos por el dispositivo 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 CO2 en un promedio del 61% en vez de realizar mediciones únicamente con el sensor expuesto al entorno. “Esta mejora permite omitir fases exhaustivas de exploración dentro del entorno del robot para adquirir datos adicionales, agilizando el recorrido a un paso único por el entorno”.

Y es que un dispositivo como el que han desarrollado los investigadores de la UPM puede resultar muy 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 CO2 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.

Christyan Mario Cruz y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nariz para robots en la revista académica Machines, bajo el título “A Portable Artificial Robotic Nose for CO2 Concentration Monitoring”. (Fuente: UPM)