Desarrollo de sistemas olfativos artificiales de bajo coste: diseño electrónico, integración, miniaturización y validación en aplicaciones ambientales e industriales

• Autores: Félix Meléndez Velasco
• Directores de la Tesis: Jesús Salvador Lozano Rogado (dir. tes.), Patricia Arroyo Muñoz (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Extremadura ( España ) en 2025
• Idioma: español
• Número de páginas: 172
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Pedro Santos Blanco (presid.), José ignacio Suárez Marcelo (secret.), Daniel Martín Vertedor (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingenierías Industriales por la Universidad de Extremadura
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
      • Diseño de circuitos
      • Dispositivos semiconductores
    • Ingeniería y tecnología del medio ambiente
      • Control de la contaminación atmosférica
    • Tecnología de los alimentos
      • Aroma y sabor
    • Tecnología de la instrumentación
      • Instrumentos electrónicos
      • Equipo de laboratorio
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  Dehesa  TESEO 
• Resumen
  • español

    Esta Tesis Doctoral aborda el desarrollo de narices electrónicas de bajo coste, diseñadas como sistemas olfativos artificiales capaces de detectar, identificar y cuantificar compuestos volátiles en diversos entornos. El trabajo combina el diseño electrónico, la integración multisensorial y la validación experimental para crear dispositivos portátiles, autónomos y accesibles, orientados a la monitorización ambiental y alimentaria.

    Se presentan dos líneas principales de investigación: la miniaturización y el desarrollo de arrays ortogonales. En la primera se incluyen la eNOSE v2, eNOSE v3 y la Smartwatch e-nose, caracterizadas por su reducido tamaño y uso de sensores MOS en PCBs compactas. En la segunda, la Citizen-Nose, la Multisensor-Nose, la NEONOSE y la TOMATO-NOSE combinan sensores MOS, NDIR y electroquímicos, permitiendo aplicaciones como la detección de calidad del aire, del tricloroanisol (TCA) en corchos o de Botrytis cinerea en tomates.

    Todas las narices fueron evaluadas mediante ensayos con muestras reales y patrones gaseosos, aplicando técnicas quimiométricas como PCA, PLS y redes neuronales (ANN), con resultados que demostraron una alta capacidad de clasificación y predicción.

    La investigación concluye que la combinación de sensores heterogéneos, un diseño electrónico eficiente y el procesado avanzado de señales permite construir narices electrónicas portátiles, fiables y reproducibles. Asimismo, se plantean futuras mejoras orientadas a la miniaturización, la reducción de consumo, la incorporación de inteligencia artificial embebida y la conexión en redes IoT. En conjunto, la tesis constituye una contribución al avance de los sistemas olfativos artificiales y su aplicación en ámbitos industriales, agrícolas y ambientales.

  • English

    This Doctoral Thesis addresses the development of low-cost electronic noses, designed as artificial olfactory systems capable of detecting, identifying and quantifying volatile compounds in various environments. The work combines electronic design, multisensory integration and experimental validation to create portable, autonomous and accessible devices for environmental and food monitoring.

    Two main lines of research are presented: miniaturisation and the development of orthogonal arrays. The first includes the eNOSE v2, eNOSE v3 and the Smartwatch e-nose, characterised by their small size and use of MOS sensors on compact PCBs. In the second, the Citizen-Nose, the Multisensor-Nose, the NEONOSE and the TOMATO-NOSE combine MOS, NDIR and electrochemical sensors, allowing applications such as the detection of air quality, trichloroanisole (TCA) in corks or Botrytis cinerea in tomatoes.

    All noses were evaluated by testing with real samples and gaseous standards, applying chemometric techniques such as PCA, PLS and neural networks (ANN), with results that demonstrated a high classification and prediction capacity.

    The research concludes that the combination of heterogeneous sensors, efficient electronic design and advanced signal processing allows the construction of portable, reliable and reproducible electronic noses. It also proposes future improvements aimed at miniaturisation, power reduction, the incorporation of embedded artificial intelligence and connection to IoT networks. Overall, the thesis is a contribution to the advancement of artificial olfactory systems and their application in industrial, agricultural and environmental fields.