Dispositivo portátil capaz de identificar en el aire, por aprendizaje automático, partículas causantes de alergias

Cada minuto que pasa, el humano adulto típico suele respirar entre 100 y 1.000 bioaerosoles, incluyendo polen, esporas, toxinas y microbios, siendo el número aún mayor, 1 millón o más, en áreas altamente contaminadas. Estas partículas biológicas diminutas pueden desencadenar alergias, asma y otras enfermedades.

Cuantificar la exposición a esas partículas biológicas es difícil, puede consumir bastante tiempo y resultar caro. Los actuales métodos para identificar bioaerosoles se basan en tecnología de hace 50 años: los investigadores recogen muestras usando filtros o trampas para esporas, y después las transportan a laboratorios, donde son teñidas e inspeccionadas bajo microscopios por científicos. Otro reto es que existe solo una pequeña cantidad de estaciones de muestreo del aire que tengan capacidades de detección o medición de bioaerosoles.

Unos investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), de Estados Unidos, han inventado un dispositivo portátil que utiliza hologramas y aprendizaje automático para identificar y medir partículas biológicas aéreas, o bioaerosoles, que se originan a partir de organismos vivos como hongos y plantas. Adiestrado para reconocer cinco alérgenos comunes, en los experimentos el sistema clasificó las muestras con una precisión del 94 por ciento usando aprendizaje profundo (una modalidad del aprendizaje automático). Así lo comprobó el equipo integrado, entre otros, por Yichen Wu y Aydogan Ozcan de la UCLA.

El dispositivo portátil desarrollado por científicos de la UCLA identifica y mide partículas biológicas aéreas. (Imagen: Ozcan Research Group / UCLA)

El aparato filtra aire y atrapa las partículas en una superficie pegajosa que es iluminada por un láser, el cual genera un holograma. Un chip sensor de imágenes escanea el holograma y envía los datos a un servidor remoto.

Ahí, un sistema de inteligencia artificial impulsado por una red neural limpia la imagen, la cual es después procesada por un algoritmo que la recorta en secciones que representan las partículas. Una segunda red neural clasifica esas partículas a partir de una serie de tipos de alérgenos precargados.

El dispositivo puede fabricarse a un costo moderado. Pesa menos de 600 gramos (aproximadamente lo mismo que tres smartphones) y mide unos 14 centímetros de ancho, 17 de largo y 6 de grosor.

Se trata del primer aparato portátil asequible que detecta y clasifica partículas biológicas aéreas automáticamente y sin necesitar su etiquetado usando pigmentos. Dado que está controlado de manera inalámbrica, podría llegar a ser transportado en vehículos no tripulados como los drones, lo cual permitiría a los científicos monitorizar ubicaciones que de otro modo serían peligrosas o de difícil acceso para los humanos. La tecnología podría asimismo emplearse en una red de sensores que cubrieran una amplia área, lo que permitiría a los científicos crear mapas de abundancia de polen, esporas y microbios.

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