Nariz elétrico da UC Berkeley usa 16 sensores e 93 por cento de precisão para detetar alimentos estragados e alérgenos

Se, depois de comer algo de procedência duvidosa, você acaba apenas com o estômago embrulhado, é bem possível que esteja entre os mais sortudos.

Doenças transmitidas por alimentos são um problema mundial e potencialmente fatal - e vão muito além do desconforto intestinal.

Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), estima-se que mais de 850 million pessoas adoeçam todos os anos após consumirem alimentos contaminados, o que resulta em mais de 1.5 million mortes anuais.

Ainda que a tecnologia tenha tomado conta de grande parte da rotina, a nossa prática “padrão” de segurança alimentar continua a ser o teste rápido e meio automático do cheiro para decidir se o leite de ontem ou a sobra da semana passada ainda está boa.

O problema é que o nariz humano está longe de ser um detector químico perfeito - como mostram muitas manhãs seguintes regadas a goles de Pepto-Bismol.

Do teste do cheiro ao “nariz elétrico”

Para nos poupar de uma fatia de salmão discretamente estragada, engenheiros da Universidade da Califórnia (UC) em Berkeley desenvolveram um “nariz elétrico” e descreveram o trabalho na revista Avanços da Ciência.

O ponto-chave é que essa tecnologia pode ser incorporada a aparelhos do dia a dia, ajudando a proteger contra patógenos invisíveis - incluindo os ligados à deterioração dos alimentos.

“Eu acho que geladeiras ‘inteligentes’ - que vêm com sensores que você controla pelo telemóvel - seriam uma ótima aplicação para esse tipo de tecnologia”, explica Carla Bassil, engenheira eletricista da UC Berkeley e autora principal do estudo.

“Como seria ótimo se a sua geladeira pudesse dizer: ‘Ei, seu brócolis vai estragar em breve, então é melhor você comer isso’? Ou: ‘O seu frango está no último dia’?”

Como funciona o nariz elétrico com 16 sensores

O “nariz elétrico” é composto por 16 sensores. Cada um reage a uma combinação de gases ligeiramente diferente, oferecendo ao consumidor indeciso um “aprova” ou “reprova” para aquela coxa de frango que sobrou.

Bassil compara esses sensores a “papilas gustativas digitais”, com cada unidade ajustada para responder a um estímulo distinto.

“Cada um desses 16 sensores tem um filme sensor diferente, e ele funciona convertendo reações químicas entre a superfície do sensor e a molécula de gás em sinais elétricos”, explicou ela numa palestra recente.

Treino com aprendizagem de máquina e 93 por cento de acerto

Para tornar o sistema útil no mundo real, os investigadores recorreram a métodos de aprendizagem de máquina para treinar o nariz elétrico a reconhecer 16 produtos alimentares diferentes, alcançando uma precisão geral de previsão de quase 93 percent.

Entre os itens avaliados estão frutas e alérgenos comuns de nozes, como nozes e amendoins. A equipa também deu ao aparelho a tarefa ingrata de identificar frango cru, leite e ovos deixados fora da geladeira por 24 to 48 hours.

Materiais, fabrico e por que ele é diferente

De acordo com os investigadores, o nariz elétrico traz várias vantagens em relação a outros sistemas de deteção de gases em chip único, que podem usar apenas 2 a 10 sensores.

Um exemplo: o aparelho funciona à temperatura ambiente, graças a semicondutores feitos de nanotubos de carbono - um material quase “milagroso” por oferecer grande área de superfície, além de resistência e leveza.

Além disso, fabricar essa “probóscide” artificial exige uma técnica relativamente simples chamada deposição por gotejamento, em que se aplica no chip uma solução com nanopartículas, depois se faz o enxágue e, por fim, a secagem com uma pistola de nitrogênio de nome futurista.

“O aspeto realmente escalável do meu nariz eletrónico é que podemos usar todos esses diferentes tipos de materiais de deteção depositando todos eles num único passo”, diz Bassil.

Apesar dos progressos, ainda há várias frentes para melhorar.

Próximos passos: alérgenos, uso no dia a dia e além da comida

A equipa já avançou em reduzir confusões entre categorias, algo que pode embaralhar nozes de árvores e amendoins (que são leguminosas) - uma diferença essencial, já que estes estão entre os nove alérgenos mais comuns nos EUA e podem provocar anafilaxia potencialmente fatal.

Por isso, esse “nariz” sintético também pode vir a ser usado para detetar alérgenos. A expectativa é que isso ajude a evitar parte das quase 3.4 million visitas de emergência a hospitais por alergias alimentares que acontecem todos os anos nos EUA, o que equivale a um paciente a cada every 10 seconds.

E, embora o nariz elétrico consiga detetar apenas 0.05 grams de noz isolada - cerca de um centésimo de uma única noz -, ele ainda não foi testado em cenários mais complexos. Captar um leve traço de noz assada dentro de um bolo, ou identificar um único item estragado numa geladeira cheia, são desafios mais difíceis.

O grupo também está a desenvolver uma versão portátil do nariz elétrico, que sincroniza com uma aplicação de telemóvel. Num futuro possível, clientes em restaurantes a passar um “cheirador” cibernético por cima do sushi podem tornar-se uma cena comum.

Quanto esse dispositivo custaria - e se poderia ser útil noutros contextos com poucos recursos - ainda é uma incógnita. Muitas doenças transmitidas por alimentos estão ligadas à falta de refrigeração, água contaminada ou eletricidade intermitente - necessidades básicas que precisam ser resolvidas.

Ainda assim, não há motivo para restringir esse tipo de aplicação apenas à comida. Em teoria, a tecnologia pode ser ampliada para biometria, ajudando a entender e acompanhar odores ligados à saúde humana, à semelhança de cães de alerta para diabetes.

“A aprendizagem de máquina provou ser um divisor de águas para a tecnologia de sensores, graças aos avanços nas capacidades de reconhecimento de padrões e à maior facilidade de uso”, conclui Bassil.

“E o que é empolgante é que você pode treinar o nariz elétrico para os objetos que escolher, então dá para projetar sensores adaptados a qualquer aplicação.”

Esta pesquisa foi publicada na revista Avanços da Ciência.

Este artigo foi verificado por Rachel Garner e editado por Clare Watson. Embora tenhamos orgulho do nosso processo, continuamos a ser humanos. Se você encontrar algum erro, por favor avise-nos.