Potenciaron el olfato del dron al máximo: ahora detecta gases tóxicos en milisegundos

En cuestión de milisegundos durante el vuelo, han enseñado a un dron a detectar gases. Los investigadores crearon una nariz electrónica que mide la concentración de gas entre 10–1000 veces más rápido que los sensores habituales. La tecnología ya se probó en un dron que inspeccionó varias fuentes de gas sin detenerse para realizar mediciones.

Los sensores de gas convencionales son bastante lentos. Cuando las moléculas de gas llegan a la superficie sensible, su resistencia eléctrica cambia de forma gradual. El aparato necesita tiempo para que la señal se estabilice y se pueda determinar la concentración del compuesto. Para equipos estacionarios la demora no siempre es crítica, pero un dron en vuelo puede alejarse del lugar de la fuga durante el tiempo de espera.

Los desarrolladores encontraron una manera de obtener la respuesta mucho antes. En lugar de esperar la variación definitiva de la resistencia, la electrónica supervisa con qué rapidez las moléculas de gas se depositan en la superficie del sensor. Cuanto mayor es la concentración, más diferente cambia la señal en los primeros instantes de contacto. Según la velocidad de esos cambios, el sistema calcula la concentración mientras el sensor convencional aún sigue reaccionando.

Todo el procesamiento necesario lo realiza un pequeño circuito analógico integrado directamente en el sensor. La electrónica extrae de inmediato las características relevantes de la señal, por lo que el aparato no tiene que esperar a que el material sensible alcance el equilibrio con el aire ambiente. Los investigadores comprobaron primero el método con un sensor de hidrógeno y luego lo evaluaron con otros materiales sensibles. Dependiendo de las condiciones de medida, la velocidad de determinación de la concentración aumentó decenas, cientos e incluso mil veces.

Detectar rápidamente un gas no basta cuando en el aire están presentes varias sustancias a la vez. Moléculas distintas pueden provocar cambios parecidos en la resistencia eléctrica, lo que dificulta que el aparato identifique la composición de la mezcla. Para resolver el problema, los desarrolladores emplearon algoritmos de aprendizaje automático. El programa analiza las particularidades de la reacción de los sensores y aprende a distinguir sustancias por las características de las variaciones de la señal. Las pruebas confirmaron que el método sirve también para analizar mezclas de gases complejas.

Después, la nariz electrónica se envió a volar. Los investigadores fijaron el sistema de medición debajo del dron y lo situaron sobre varios contenedores con gases. En la parte superior de los contenedores dejaron aberturas por las que los sensores podían examinar el aire interior. El dron sobrevoló sucesivamente los contenedores, mientras la electrónica instalada registraba las señales en tiempo real. El experimento mostró que el análisis químico se puede realizar directamente durante el movimiento.

La rapidez es especialmente importante en la búsqueda de fugas. El gas se distribuye de manera desigual: el viento mezcla las corrientes de aire y la concentración cambia continuamente. Un sensor lento puede mostrar un valor que ya no corresponde al lugar donde está el dron. Las mediciones rápidas permiten seguir con mucha más precisión cómo varía la concentración a lo largo de la ruta y ayudan a localizar la fuente de la emisión.

En el futuro, la nariz electrónica podrá utilizarse para inspeccionar gasoductos, plantas químicas y otros emplazamientos donde la fuga de una sustancia peligrosa suponga un riesgo para las personas. Sin embargo, por ahora los investigadores han demostrado el funcionamiento de un dispositivo experimental. Antes de enviar drones a incidentes reales hay que comprobar cuán fiables son los sensores con viento fuerte, humedad variable y una gran cantidad de impurezas externas. El resultado principal ya está logrado: el olfato artificial aprendió a reaccionar con suficiente rapidez como para que un robot pueda estudiar el entorno químico directamente en movimiento.