Nariz electrónica ultrapequeña para identificación de gases en tiempo real

Científicos combinan nanotecnología y aprendizaje profundo para construir un sistema de nariz electrónica ultrapequeño para la identificación de gases en tiempo real.

Una nueva nariz electrónica ultrapequeña que funciona con un consumo de energía ultrabajo abre posibilidades de aplicación en diversos campos, como el control de la calidad del aire, el diagnóstico de la salud, la seguridad alimentaria y la protección del medio ambiente.

El profesor Heungjoo Shin del Departamento de Ingeniería Mecánica y el profesor Jae Joon Kim del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la UNIST han implementado con éxito una nariz electrónica capaz de medir con precisión tanto el tipo como la concentración de gases mediante la integración de la nanotecnología y el aprendizaje profundo.

La nariz electrónica recientemente desarrollada utiliza un sensor de gas semiconductor basado en un calentador de tamaño nanométrico.

A diferencia de los sensores convencionales que consumen una energía significativa debido a las altas temperaturas de funcionamiento, este sensor funciona con menos de 200 microvatios, lo que lo hace ideal para dispositivos móviles y de IoT.

Además, cuenta con una alta productividad, ya que aprovecha los procesos de fabricación de semiconductores.

El alto consumo de energía asociado con las narices electrónicas existentes se ha mitigado mediante la miniaturización de los sensores, complementada con la introducción de la tecnología de ciclo de trabajo.

Esta tecnología reduce el consumo de energía en un 90% adicional al suministrar y cortar periódicamente la energía al calentador.

El nanocalentador puede alcanzar temperaturas de 250 °C y enfriarse a temperatura ambiente en una cienmilésima de segundo, lo que permite una medición eficaz de los gases incluso en ciclos de trabajo cortos.

El equipo de investigación ha mejorado el diseño de la nariz electrónica existente, que tradicionalmente requería múltiples sensores, para que funcione con un solo sensor.

La desorción de gas de la superficie de los semiconductores se produce más lentamente que la velocidad operativa de los nanocalentadores.

En consecuencia, durante los ciclos de trabajo, las reacciones de los gases continúan incluso durante breves períodos de enfriamiento del calentador.

Esto permite que se recopilen diferentes señales tanto durante el funcionamiento como durante las interrupciones del calentador.

Al analizar estas señales duales en tiempo real utilizando una red neuronal convolucional (CNN), el sistema puede identificar con precisión varios tipos y concentraciones de gases.

El profesor Shin afirmó:

“Las limitaciones de las narices electrónicas existentes se pueden abordar con un solo sensor“, y agregó:

“Esta tecnología se puede aplicar fácilmente a dispositivos móviles y de IoT que requieren miniaturización”.

El profesor Kim explicó:

“La capacidad de crear un microdispositivo de medición de gases que funciona con bajo consumo abre caminos para diversas aplicaciones, incluidos sistemas de monitoreo inalámbrico en tiempo real”.

Fuente: ACS