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MIT Technology Review elige a los 10
innovadores menores de 35

Blanca Lorena Villarreal, 27

Ha creado una nariz robótica capaz de detectar y seguir con rapidez la trayectoria de una fuente de olor

Laboratorio Nacional de Robótica del Noreste y Centro de México

Blanca Lorena Villarreal

Las actuaciones llevadas a cabo durante las primeras 72 horas posteriores a desastres como huracanes y terremotos son “cruciales”, según organizaciones como UNICEF.  En estos escenarios, el control de los riesgos derivados de los daños materiales, como edificios e infraestructuras derrumbados, explosiones de vehículos e incendios, resultan también vitales. Ahora, la capacidad de responder con celeridad a uno de estos problemas -las fugas de gases tóxicos y peligrosos- podría mejorar significativamente gracias a la tecnología desarrollada por la joven mexicana Blanca Lorena Villarreal.

"En zonas de desastre, la localización de estas fugas suele ser una tarea de alta prioridad", remarca Villarreal. Esta investigadora de 27 años ha creado una nariz artificial capaz de identificar la dirección de la que proceden las fugas de gases u otras fuentes de olor. Además, el dispositivo puede integrarse en un robot móvil.

Aunque los autómatas actuales equipados con sensores químicos pueden captar el olor de los gases, Villarreal recuerda que "no basta con detectar su presencia sino que es necesario hacer un seguimiento hasta llegar a la fuente". Para lograrlo, en lugar de recurrir a sensores de viento que no funcionan en espacios cerrados o donde no hay corrientes de aire, esta joven ha decidido imitar todo lo posible el funcionamiento de la nariz humana.

El dispositivo creado por Villarreal está compuesto por una serie de sensores químicos alojados en unas cámaras que imitan las fosas nasales, y separados por un tabique. Los datos captados en las cámaras por los sensores son enviados por radiofrecuencia a una computadora que los analiza en tiempo real y obtiene una dirección estimada de la posición de la fuente de olor. Desde allí pueden emitirse órdenes para que el robot se mueva en una u otra dirección de acuerdo al olor y su trayectoria.

Villarreal asegura que como su sistema está inspirado en la biología -en la anatomía de la nariz humana y en la mecánica de las pruebas respiratorias de capacidad pulmonar- puede obtener mediciones más rápido y reducir el tiempo de respuesta del robot. "A diferencia de otros, tiene la característica de que en cada ciclo de ventilación la cámara de aire se vacía y los sensores están listos para una nueva medición", explica la joven. Así, el sensor tarda solo un ciclo en detectar que ha habido un cambio de dirección en la trayectoria del olor, lo que permite al robot realizar el seguimiento más rápido y que pueda "autocorregirse".

Un algoritmo para olerte mejor

La capacidad de reaccionar instantáneamente para seguir el rastro del olor en el ambiente es posible gracias a un algoritmo reactivo que Villarreal ha diseñado por medio de inteligencia artificial. Más concretamente, utilizó programación genética para determinar y validad cuál era el mejor "conjunto de instrucciones" para que la tecnología olfativa funcionase de forma óptima. La joven obtuvo este algoritmo por medio de un proceso de simulación computacional en el que cientos de variantes fueron cruzadas y probadas imitando un proceso de selección natural. Los criterios que Villarreal estableció como prioritarios para la selección fueron que el robot tardase menos en llegar a hasta la fuente, que recorriera menos distancia y que estuviera más veces de frente hacia ella.

De la simulación al mundo real, no obstante, hay un gran paso. Por eso la joven está probando el sistema completo en Jaguar, un robot diseñado en el Instituto Tecnológico de Monterrey (ITESM, en México). Los datos más recientes (aún no publicados) han arrojado resultados prometedores para seguimiento de olor (alcohol) realizados en una habitación de 25 metros cuadrados. "El robot encuentra la fuente en unos 80 segundos; mientras que otros robots reportados en la literatura tienen que recorrer todo el cuarto y tardan alrededor de 20 minutos", explica la joven.

Villarreal asegura que su nariz puede instalarse en cualquier robot, ya que "el sistema de control está en la computadora, y el robot no la lleva; solo lleva el sensor que le manda la señal por radiofrecuencia". Actualmente las antenas de las que disponen permiten enviar señales a unos 200 metros, pero la investigadora espera ampliar este rango incorporando mejores transmisores para aplicaciones reales.

Esta joven lleva cuatro años trabajando en la nariz artificial en el marco de su doctorado. Desarrolló la parte de programación genética del algoritmo en el grupo EvoVision del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (México), y de forma simultánea, el resto del sistema olfativo, en el Laboratorio de Robótica del Noreste y Centro de México, centro nacional del ITESM financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.

La joven reconoce que su mayor reto ha sido "trascender" y lograr que su tecnología "suene real y pueda ser tangible". Respecto a la transferencia a la empresa, el campo en el que prevé mayor potencial es la detección de fugas en plantas petrolíferas y en instalaciones donde se manejan productos químicos, por ejemplo, mediante su instalación en un robot supervisor. Otras posibilidades -además del rescate en zonas de catástrofe- son la detección de explosivos y drogas en aeropuertos, la exploración espacial y de zonas radiactivas, y la ayuda en residencias de ancianos, donde un robot podría detectar cuándo necesitan asistencia, por ejemplo, a través de la captación de olor a orina o sudor.

Para la miembro del Instituto de Periodismo Donald W. Reynolds en la Universidad de Missouri (EEUU), Chris Shipley, que forma parte del jurado de los premios MIT Technology Review Innovadores menores de 35 México, Villarreal está liderando una "fascinante" investigación con numerosas aplicaciones. "El diseño y la ingeniería inspirados en la naturaleza, como la propia naturaleza, están siempre adaptándose, lo que sugiere el potencial de Villarreal para seguir desarrollando esta tecnología y siendo pionera en nuevas oportunidades de mercado", añade Shipley. – Elena Zafra

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