תארו לכם את הסיטואציה הבאה. להקת צרצרים עפה לה בחלל של בית נתיבות, בעיקר סביב מסועי המזוודות לאחר מסירתן בעמדות הצ׳ק אין. למביט מהצד זה אולי יראה מחזה סוריאליסטי. אלא שהלהקה הזו לא נמצאת שם במקרה, יש לה ייעוד חשוב, גילוי חומרי נפץ.
ועכשיו מהחלום למציאות. קבוצת מדענים אמריקנית מאוניברסיטת וושינגטון במדינת מיזורי, הציגה ניסוי שבו הצליחו חגבים לזהות שאריות חומרי נפץ בעזרת מנגנון החישה שלהם. המחקר, שנסקר בהרחבה בלקט טכנולוגי של משרד הבטחון, מומן החל מ 2016, על ידי מעבדות המחקר של הצי האמריקני, ONR – Office of Naval Research. בניסוי נעשה שימוש בחגב אמריקני מסוג Schistocerca Americana. מתברר שלסוג החגבים הזה יש יכולת חישה גבוהה מאד בשל ריכוז של 50 אלף נויירוני הרחה – olfactory receptor neurons במחושים, המשמשים להם כאנטנות. החוקרים השתמשו באדים שנפלטו משני סוגים של חומרי נפץ : TNT ו-DNT.
תמונה: מערכת זיהוי חומרים מבוססת סריקת אורך גל
צילום: Pacific Northwest National Laboratory
״ע”י השתלת אלקטרודות במחושים, החוקרים מצאו שקבוצות שונות של נוירונים מופעלות עקב חשיפה לריחות הללו. הם ניתחו את האותות החשמליים ויכלו להבחין בין האדים השונים. לאחר מכן התקינו החוקרים חיישנים קלים וקטנים על גב החרק, כדי שיהיה אפשר להקליט ולשדר באופן אלחוטי אל מחשב, את הפעילות החשמלית של המחושים. החגבים המשיכו לגלות בהצלחה חומרי נפץ במשך של עד 7 שעות אחרי השתלת האלקטרודות, עד שהותשו ומתו״, (מתוך תרגום המחקר של משרד הביטחון). לצורך מחקר השוואתי לאימות הנתונים, הוסיפו החוקרים גם חומרים אחרים שאינם חומרי נפץ אבל עם ריח דומה דוגמת, אדי בנזין או אדי שמן שקדים. ״מכיוון שהתהליך פגע ביכולת התנועה של החגבים, החוקרים מיקמו אותם על התקן גלגלי הנשלט מרחוק, כדי לבדוק את יכולתם לחוש בחומרי נפץ במיקומים שונים. כמו כן בחנו את האפקט של שילוב המידע הסנסורי מחגבים מרובים בו זמנית, בהתחשב בכך שבתנאי אמת הכימיקלים מתפזרים ע”י גורמים סביבתיים כמו רוח. התברר ששימוש ב 7 חגבים הוביל לדיוק גילוי ממוצע של 80%, בהשוואה ל-60% אם משתמשים בחגב אחד. אחת המגבלות של המחקר הייתה שהוא לא בחן את יכולת החישה בנוכחות מספר ריחות בו זמנית״.
אף אחד לא משלה את עצמו שניתן יהיה לעשות שימוש מבצעי בלהקות החגבים הללו, כמו למשל השימוש בכלבים. בנייר הסיכום כותבים החוקרים כי התוצאות מחזקות את ההנחה שניתן לזהות חומרי נפץ על ידי דגימות אוויר קטנות באופן מדויק ומהיר. למעשה ההוכחה לכך ניתנה כבר לפני כמה עשורים, עם אימון כלבים לזיהוי חומרי נפץ. אלא שהשימוש בכלבים לעיתים אינו מדויק ומצריך הולכה פיסית ליד החפצים. ״תוצאות המחקר הזה מוכיחות כי ניתן לחקות את פעולת הנוירונים באמצעים אלקטרונים, ולחבר אותם למערכת חישובית שתחקה את מנגנון הפענוח אצל חגבים״ (ציטוט מתורגם מתוך נייר הסיכום של המחקר). היתרון בכך הוא המהירות הכמות והדיוק. בעזרת דגימה קטנה ניתן יהיה להגיע לאינדיקציה שלילית או חיובית בתוך שניות.
מחקר נוסף שבדק יכולת זיהוי חומרי נפץ על ידי דגימות אוויר, פורסם בארצות הברית באמצע 2019. חוקרים מ Pacific Northwest National Laboratory במדינת וושינגטון, פיתחו טכנולוגיה דומה שבה נלקחות דגימות אוויר מסביבת חפצים, ובעזרת בדיקה מהירה של מבנה המולקולות, ניתן להצביע ברמת וודאות גבוהה על הימצאות חומרי נפץ. פריצת הדרך במחקר הזה מתמקדת בכמות הנדגמת. לעיתים, בעיקר במקרים שבהם חומר הנפץ הוא בכמות קטנה או מוסתר היטב או מכיל ריחות נוספים (דוגמת פלפל שמטשטש את יכולת ההרחה), קשה לכלב גישוש להבחין בריח החשוד. מנגנון ״ההרחה״, שפיתחה מעבדת PNNL, מסוגל להבחין בחומר נפץ מדגימה מזערית. החוקרים מדברים על שיפור ביחס של 1 לטריליון בהשוואה ליכולת של כלב גישוש. כלומר, ה ״אף האלקטרוני״ זקוק לטריליונית דגימה בהשוואה לכלב, כדי להבחין בהימצאות חומר נפץ.
תמונה: ניסוי יכולות הרחה בחגבים
צילום: Baranidharan Raman/Washington University in St. Louis
״זה מקביל ליכולת למצוא מחט קטנה, בודדת בכל מדינת וושינגטון״, סיפר הפרופסור רוברט יואינג, החוקר הבכיר של התכנית לעיתון tri-city herald. ״המערכת יכולה למצוא ולזקק באופן מדויק 10 מולקלות מבין מאות מיליארדים של מולקלות המסתובבות באוויר״. כיום משתמשת רשות התעופה האמריקנית בכ 900 כלבים, לצורך סריקת מטען בשדות תעופה. הכשרה ממוצעת של כלב ומפעיל אורכת כ 12 שבועות, כאשר הכלב צריך להיבחן בכל שבוע מחדש, כדי לאמת את רמת האמינות שלו. המערכת שהציגה המעבדה מורכבת ממכלי דגימה קטנים, בהם נאסף האוויר סביב המטען. במיכל עצמו האוויר עובר תהליך קצר שמפרק את האוויר למולקלות חשמליות- יונים. כל מבחנה מוצבת בפני מכשיר למדידת אורכי גל מדויקים – spectrometer, שמספק אינדיקציה מידית על גבי מסך. ״ברגע שהשגנו את היכולת המדויקת להבחין בחומרי נפץ על ידי ניתוח אורכי גל, הבנו שניתן להעתיק את היכולת הזו גם לחומרים אחרים, כמו סמים למשל״, סיפר יואינג. בניסוי זיהוי הסמים הצליחה המערכת לזהות קוקאין והרואין מסוגים שונים. על פי חוקרי ה PNNL השימושים ליכולת המתקדמת הזו יכולים להיות גם באבטחת מתקנים, אירועי ספורט, תחנות רכבת ומרכזי חלוקת דואר. ״פיתחנו את היכולת והוכחנו את האמינות שלה״, מסכם יואינג, ״עכשיו צריך לקחת את זה צעד קדימה במזעור המערכת והתאמה שלה לצרכים השונים של הלקוח. זה כבר תפקידה של התעשייה״.
תמונת כותרת: כלב גילוי חומר נפץ
של הצבא האמריקני
צילום: . U.S. Army photo by Sgt
Joshua LaPere
