sensori

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Sensi tecnologici

I sensori sono dispositivi in grado di misurare un gran numero di grandezze fisiche e di sostanze presenti nell’aria, nell’acqua, negli alimenti e nei liquidi biologici, spesso con una soglia di sensibilità, un’affidabilità e una precisione sbalorditive. Tra i numerosi tipi vi sono, per esempio, i rilevatori di fughe di gas, gli allarmi antincendio o i test clinici

Sesto senso?

Come faranno le zanzare a percepire anche al buio la nostra presenza e a garantirsi così un buon pasto a nostre spese? Sono molti gli animali, prede o predatori, che hanno affinato speciali recettori di segnali esterni, o anche di stimoli interni, ai quali reagire prontamente.

E che dire dei movimenti dei girasoli, delle trappole di alcune piante carnivore, dello stratagemma della Mimosa pudica che, fingendosi secca e poco appetitosa, chiude le foglie al minimo tocco?

Ebbene i sensori, che rilevano e misurano specifiche grandezze, possono essere considerati la versione tecnologica dei recettori biologici, a cominciare dagli organi di senso.

Sensori di grandezze fisiche

Autovelox, allarmi, interruttori crepuscolari, autofocus, lettori ottici, porte automatiche, termostati, schermi tattili, antenne, contatori geiger sono solo alcuni tra i più diffusi sensori fisici. La robotica industriale che controlla i processi di produzione ne è un altro esempio. In generale i sensori interagiscono con una grandezza fisica emettendo a loro volta un segnale, spesso elettrico, che può attivare dispositivi di misura o semplicemente un allarme o un interruttore. Per esempio, in presenza di fumo un sensore antincendio rileva la torbidità dell’aria attraversata da un raggio di luce, la cui diminuzione di intensità fa scattare l’allarme.

Dispositivi ottici

Tra i primi sensori chimici si annovera la cartina al tornasole, che si colora di rosso o di blu a contatto rispettivamente con acidi o basi. Oggi le strisce imbevute di reattivi che rivelano in tempi brevissimi la concentrazione di specifiche sostanze sono molto diffuse. Si usano per le analisi delle acque, i test di gravidanza e quelli della glicemia nel sangue, la misura del pH, e così via. Negli etilometri a palloncino – apparecchi usati per verificare se i guidatori di veicoli hanno bevuto alcolici – l’aria espirata reagisce con una striscia su cui sono depositati cristalli che da gialli diventano verdi in presenza di alcol. La propagazione del colore verde è proporzionale al tasso alcolico presente.

Ancora più affidabili sono le tecniche basate su colorimetria, fluorescenza o luminescenza. Colorimetri e spettrofotometri sono strumenti che misurano il tipo e l’intensità delle radiazioni emesse o assorbite da un campione e permettono di stabilire natura e concentrazione delle sostanze. I sensori a fluorescenza, per esempio per il diossido di zolfo (cioè l’anidride solforosa, un inquinante pericoloso), sfruttano la capacità di certe sostanze di emettere radiazioni caratteristiche e di intensità proporzionale alla loro concentrazione. I sensori a chemioluminescenza, utilizzati per esempio per gli ossidi di azoto (altri inquinanti urbani), sfruttano le radiazioni emesse da alcune sostanze, nel momento in cui si formano durante una reazione.

Dispositivi elettrochimici

Le sonde elettrochimiche sono sensori costituiti da una membrana posta tra due elettrodi e determinano la concentrazione di specifici ioni presenti nelle soluzioni elettrolitiche. Tra i due elettrodi si stabilisce una differenza di potenziale elettrico che dipende dalla concentrazione dello ione in esame. Nel campione da analizzare, tra la membrana e lo ione si sviluppa una interazione che altera il valore del potenziale iniziale; il nuovo potenziale di equilibrio dipende dalla concentrazione dello ione. Sulle membrane – che sono in vetro, polimeriche o saline – è possibile intrappolare enzimi o anticorpi, i quali reagiscono in modo selettivo con sostanze organiche o di interesse biologico: così si ottengono sensori per fare determinazioni in campo medico o alimentare.

Dispositivi simili sono i sensori chimici olfattivi che sono alla base dei cosiddetti nasi elettronici. È un interessante campo di ricerca che tende a realizzare un ‘naso tecnologico’ attraverso il quale individuare con metodiche rapide e non invasive la presenza di sostanze volatili nell’ambiente. Questi nasi sono utili per controllo di qualità dell’aria, di alimenti e in medicina.