Emulating biological olfaction in humans : design of patient-specific wearable device

Olfactory Dysfunction (OD), also known as smell impairment, is an olfactory disorder that affects the sense of smell in a significant percentage of population above 50 years of age. The predominant causes include but not limited to dementia, nasal tumours, head injuries and viral infections. Presently, there are no qualitative self-diagnostic methods and no established treatment options are available since the research on this medical condition is limited. Artificial odour sensing systems are currently limited only to industrial application and there are no aiding devices available to help individuals suffering from this disorder. An olfactory implant system is viewed as a viable treatment option to treat this disorder yet is far from realization. This master thesis aims to design and develop a patient-specific wearable device to help people suffering from OD in regaining their sense of smell. The main focus will be on designing and prototyping a device able to sense different smells in the environment and get their digital signature. Instead, the transmission of the signals to the receptors of the olfactory system is out of the scope of this thesis. The customization of the device for each individual is achieved by utilizing the advantages offered by Additive Manufacturing (AM) processes. The first half of the thesis focusses on the literature review of human olfaction process and state-of-the-art analysis of existing artificial olfaction technologies. The latter half focusses on the design and development of the patient-specific wearable device followed by the development of prototypes to test the look and feel of the device and verify the functioning of the chosen technologies.

La disfunzione olfattiva (OD), nota anche come alterazione dell'olfatto, è un disturbo olfattivo che colpisce l'olfatto in una percentuale significativa della popolazione di età superiore ai 50 anni. Le cause predominanti includono, a titolo esemplificativo, demenza, tumori nasali, lesioni alla testa e infezioni virali. Attualmente, non ci sono metodi qualitativi di autodiagnostica e non sono disponibili opzioni terapeutiche consolidate poiché la ricerca medica su questa patologia è limitata. I dispositivi di rilevamento degli odori sono attualmente limitati solo a applicazioni industriali e non sono disponibili dispositivi di ausilio per aiutare le persone che soffrono di questo disturbo. Un impianto olfattivo potrebbe essere una valida opzione terapeutica per trattare questo disturbo. Tuttavia, un tale dispositivo è ancora lontano dall’essere sviluppato. Questa tesi di laurea mira a progettare e sviluppare un dispositivo indossabile specifico per il pazientie che soffrono di disfunzione olfattive. L'obiettivo principale sarà la progettazione e la prototipazione di un dispositivo in grado di percepire i diversi odori nell'ambiente e ottenere la loro traccia digitale. La trasmissione dei segnali ai recettori del sistema olfattivo esula invece dagli scopi di questa tesi. La personalizzazione del dispositivo per ogni individuo si ottiene sfruttando i vantaggi offerti dai processi di produzione additiva (AM). La prima metà della tesi si concentra sulla revisione della letteratura sul processo di olfatto umano e sull'analisi dello stato dell'arte delle tecnologie di olfatto artificiale esistenti. L'ultima metà si concentra sulla progettazione e sviluppo del dispositivo indossabile specifico per il paziente, seguita dallo sviluppo di prototipi per testare l'aspetto grafico del dispositivo e verificare il funzionamento delle tecnologie scelte.