ללמוד מהכלבים: המסע אחר חוש ריח אלקטרוני לזיהוי חומרי נפץ

כלבים הם גלאי חומרי הנפץ הטובים ביותר שיש לנו. האם מדענים יכולים להצליח יותר?

מבחן הרחה. צילום: מדע פופולארי

מבחן הרחה. צילום: מדע פופולארי

הכתבה פורסמה לראשונה במגזין Popular Science ישראל בגיליון 230 שראה אור ביוני 2013 ונכתבה במקור על ידי ג’וש דין.

זוהי תקופת חג המולד בקניון קווינטארד באוקספורד, אלבמה, ואם זה לא היה בוקר של אמצע השבוע, היו המסדרונות המרוצפים מלאים בהמוני קונים, ואני כנראה הייתי מרגיש הרבה יותר מוזר בשעה שחלפתי על פני חנות ויקטוריה סיקרט כש-TNT מוסתר במכנסיי. חומר הנפץ שאיתי היה בלתי מזיק בתצורתו העכשווית – אבקה חתומה בתוך זוג כיסוני ניילון 110 גרם הדחוסים אל תוך הכיסים האחוריים של מכנסי הג’ינס שלי – אבל הוא נפיץ מספיק כדי לעשות את העבודה שלו, שהיא למשוך את תשומת ליבו של מגן מולדת בשם סיוג’, שהיה באימון.

סיוג’ הוא לברדור שחור מתבגר באפוד ‘נא לא ללטף’ כתום. כיום הוא תלמיד במכון למחקר העוסק ביכולות ההרחה של כלבים באוניברסיטת אובורן, ומגיע אל הקניון פעם בשבוע כדי להתאמן לקראת העבודה העתידית שלו: הגנה על ארצות הברית מפני מחבלים על ידי רחרוח האוויר בחשדנות קיצונית.

חוש הריח הוא החוש העיקרי של הכלב. היא עבורו מה שהראייה עבור בני אדם, מקור המידע העיקרי. במשך יותר משנה, חידדו המאמנים באובורן את החוש הזה אצל סיוג’ כדי שיזהה משהו מסויים ומאיים מאוד: מולקולות שמצביעות על הימצאותו של חומר נפץ באזור, כמו זה שאני נושא.

כלבי “שובל אדים”

לאבקת ה-TNT אין ריח שאני יכול לזהות, אבל עבור סיוג’ יש לה חותמת כימית ייחודית מאוד. הוא יכול לזהות את החותמת הזאת כמעט מיד, אפילו בסביבה צפופה באלפי ריחות אחרים. אובורן מאמנת את כלבי הזיהוי המוצלחים ביותר מזה 15 שנים, אבל סיוג’ משתתף בתכנית החדשה והחשובה ביותר של בית הספר. הוא כלב ‘שובל אדים’ (Vapor Wake), המאומן לפעול באזורים ציבוריים עמוסים, בוחן באופן מתמשך ועקבי את שובלי האדים שבני האדם מותירים אחריהם.

בשונה מכלבי הרחה מסורתיים, המובאים למטרה מסויימת – טנדר, למשל, או חבילה חשודה – כלב ‘שובל האדים’ אמור לאתר סוג פצצה מרושע במיוחד, כזה הנישא אל תוך אזור הומה אדם, אולי אפילו על מתאבד. במקומות הומי אדם, חיפוש על אנשים הוא בלתי אפשרי מבחינה לוגיסטית, והתמקדות בחשודים ספציפיים הייתה מהווה בזבוז זמן. במקום זה, כלב ‘שובל אדים’ מתמקד בלהריח את האוויר הסביבתי.

כשאני מתקרב לחצר המרכזית של הקניון, שם שני אגפים של חנויות רשת מצטלבים, סיוג’ פוסע הלוך ושוב על קצה הרצועה שלו, אפו מורם באוויר. בהתחלה, אני הולך לקראתו ואז עושה עיקוף רחב, מעמיד פני מתעניין בשולחן מכוסה אבני קריסטל. כשסיוג’ אינו מסתכל אני חולף על פניו במרחק של כשלושה מ’, מוודא שאני צמוד לכניסה לחנות Bath & Body Works. באופן נוח החנות הריחנית ביותר בכל הקניון. בתוך שניות, אני שומע את קול מגע ציפורני הכלב על רצפת המרצפות הקשה מאחוריי.

בעוד סיוג’ מושך בקצה הרצועה שלו (כשהוא יהיה מאומן טוב יותר, הוא יתריע בפני המטפל שלו על איומים בצורה פחות גלויה), אני מכניס את ידי אל תוך הג’קט שלי ומוציא החוצה כדור חבל לעוס היטב – הפרס שלו על העבודה הטובה – וזורק אותו מעבר לכתפי. קוני חג מולד מצחקקים למראה לברדור שחור רודף אחרי כדור במרכז הקניון, לא מודעים לכך שאם הייתי מחבל אמיתי, הוא הציל את חייהם.

העובדה שסיוג’ יכול לזהות כמות קטנה של TNT ממרחק של שלושה מ’ בקניון הומה אדם ליד חנות המלאה סבונים, קרמים ובשמים ריחניים היא הדגמה יוצאת מן הכלל ליכולות ההרחה של כלבים. אבל מה אם, כמחבל, הייתי רואה את סיוג’ ממרחק ומשנה את מסלול ההליכה שלי כדי להימנע ממנו? ומה אם הייתי בוחר לבקר באחד מאלפי קניונים, תחנות רכבת, ותחנות רכבת תחתית שאין בהם פטרול של כלבי ‘שובל אדים’?

מכשירי ההרחה הטובים ביותר

פטרול פצצות. כדי להרגיל כלבי זיהוי לקהלים המוניים ומצבים בלתי צפויים, כמו תחנת יוניון של וושינגטון די.סי בחג ההודיה (בתמונה), מאמנים שולחים אותם לבתי כלא. צילום: מדע פופולארי

פטרול פצצות. כדי להרגיל כלבי זיהוי לקהלים המוניים ומצבים בלתי צפויים, כמו תחנת יוניון של וושינגטון די.סי בחג ההודיה (בתמונה), מאמנים שולחים אותם לבתי כלא. צילום: מדע פופולארי

כלבים עשויים להיות מכשירי ההרחה הטובים ביותר שיש לבני אדם, ‘טכנולוגיה’ הנמצאת בהתפתחות מזה 10,000 שנה ויותר, אבל הם רחוקים מלהיות מושלמים.

בוגרי התכנית של אובורן יכולים לעלות למעלה מ-30,000$. הם דורשים מאות שעות אימונים החל מלידתם. יש מספר מוגבל בלבד של מאמנים ואספקה מוגבלת של כלבים גזעיים עם המאפיינים המתאימים לעבודת זיהוי. אובורן מאמנת לא יותר מכמאתיים כלבים בשנה, ופירוש הדבר הוא שתמיד יהיו פחות כלבים ממספר הקניונים או היחידות הצבאיות. נוסף על כך, כלבים הם יצורים רגישים. כמונו, הם מתעייפים; הם נבהלים; הם מתים. לפעמים הם עושים טעויות.

כפי שההפצצה הטרגית במרתון בוסטון הבהירה באופן מוחלט, חומרי נפץ הם איום תמידי, וכוחות הבטחון והצבא זקוקים לכלבים – ולחוטמים שלהם – כדי להילחם בהם. אבל היא גם הבהירה שכוחות בטחון זקוקים למשהו בנוסף לכלבים, משהו אמין, שאפשר לייצר בכמויות ושאפשר למקם בקלות בהרבה מקומות. במילים אחרות, הם זקוקים לחוטם מלאכותי.

האתגר בבניית חוטם מלאכותי

ב-1997 יצרה DARPA תוכנית לפיתוח מכשיר שכזה בדיוק, הממוקד במוקשים. אין אנשים המודעים יותר מאנשי הפנטגון לאיום הנרחב והקיומי שחומרי נפץ מהווים לחיילים בשטח, והצורך בגלאי נפץ לאזורים שאינם אזורי לחימה הפך לברור יותר ויותר. ב-1988 הפילה קבוצה של מחבלים מטוס בטיסה 103 של Pan Am מעל לוקרבי, סקוטלנד, והרגה 270 בני אדם. ב-1993 הסיעו רמזי יוסף ואיאד איסמאיל משאית Ryder מלא חומר נפץ אל תוך החניון התת-קרקעי של מרכז הסחר העולמי בניו-יורק, וכמעט הפילו אחד ממגדלי התאומים. וב-1995 הפעיל טימותי מקווי משאית Ryder שכורה אחרת מלאה בחומר נפץ מול בניין אלפרד פ. מורה הפדרלי שבלב אוקלהומה סיטי, והרג 168 בני אדם.

‘תכנית אף הכלב’, כפי שהיא נקראה, הוגדרה כעדיפות לבטחון לאומי. במהלך שלוש שנים, ביצעו מדענים בתכנית את ההתקדמות האמיתית הראשונה בפיתוח מכשיר שיכול ‘להריח’ חומרי נפץ באוויר סביבתי במקום לנסות לזהות אותם באופן ישיר. בעיקר, כימאי מ-MIT בשם טימות’י סוואגר, שהתביית על הרעיון להשתמש בפולימרים פלואורצנטים, שכאשר הם נקשרים למולקולות המשוחררות על ידי TNT, כבים ומאותתים על הימצאותו של הכימיקל. בסופו של דבר התפתח הרעיון למכשיר ידני שנקרא Fido, אשר עדיין נעשה בו שימוש נרחב במצוד אחר מטעני צד (שרבים מהם מכילים TNT). אבל בנקודה הזאת נעצרה ההתקדמות.

חוש הריח, במובן המצומצם ביותר, הוא זיהוי כימקילים. בבעלי חיים, מולקולות נקשרות לקולטנים שמעוררים אות שנשלח אל המוח לפענוח. במכונות, מדענים בדרך כלל משתמשים בספטרומטריית מסה במקום בקולטנים ונוירונים. רוב הריחות, כולל אלה של חומרי נפץ, נוצרים משילוב ספציפי של מולקולות. על מנת לשחזר את אפו של כלב, מדענים צריכים להצליח לזהות כמויות זעירות של המולקולות האלה ולזהות בהם את השילובים המאיימים. TNT היה פשוט באופן יחסי. יש לו לחץ אידוי גבוה, ופירוש הדבר שהוא משחרר הרבה מולקולות לאוויר. זאת הסיבה שה-Fido פועל. רוב חומרי הנפץ הנפוצים האחרים, בעיקר RDX (החומר המרכזי ב-C-4) ו-PETN (המצוי בחומרי נפץ פלסטיים כמו סמטקס), יש לחצי אידוי נמוכים מאוד – חלקיקים לטריליון בחומר מאוזן, ומרגע שהם משוחררים לאוויר אולי אפילו חלקיקים לקוואדריליון.

“עד ממש לאחרונה, זה פשוט היה מעבר ליכולות של כל כלי”, אומר דיוויד אטקינסון, מדען מחקר ראשי במעבדת פסיפיק נורת’ווסט הלאומית (PNNL) בריצ’לנד, וושינגטון. אטקינסון, גבר ידידותי עם זקנקן צרפתי עבה שמזכיר קצת דב, הוא מייסד שותף ו”סגן יו”ר תמידי” של הסדנה השנתית לזיהוי עקבות חומר נפץ. ב-1988 הוא היה דוקטורנט באוניברסיטת וושינגטון סטייט, כשטיסה Pan Am 103 הופלה. “זאת הייתה נקודת התפנית”, הוא אומר. “ביליתי את עשרים השנים האחרונות בנסיונות לוודא שחומרי נפץ לא יעלו על מטוסים”. יכול להיות שסוף סוף הוא נמצא על סף מציאת פתרון.

כשביקרתי אותו באמצע ינואר, סימן לי אטקינסון להיכנס אל תוך מעבדה מבולגנת עם נוף אל נהר קולומביה. לדבריו, בתקופות מסויימות של השנה הוא יכול לראות עיטמים צוללים אל תוך הנהר כדי לצוד דגי סלמון כהגיעו לכאן כדי להשריץ. “אנחנו הולכים להראות לך את המכשיר שאנחנו חושבים שיוכל להחליף את הכלבים”, הוא אומר בבדיחות ומצביע לכיוון מכונה מסורבלת בגודל מכונת צילום מסמכים עם אף נחושת ארוך היושבת בפינה של המעבדה, שחוטי חשמל יוצאים באופן אקראי מחלקים שונים שלה.

בסתיו שעבר, עשו אטקינסון ושניים מעמיתיו משהו אדיר: הם הוכיחו, בפעם הראשונה, שמכונה יכולה לבצע זיהוי אדים ישיר של שני חומרי נפץ נפוצים – RDX ו-PETN – תחת תנאים סביבתיים. במילים אחרות, המכונה ‘ריחרחה’ אדים מהאוויר כפי שעושים הכלבים, וזיהתה את מולקולות חומר הנפץ מבלי לחמם קודם לכן או לרכז את הדגימה, כפי שחייבות מכונות זיהוי כימיקלים לעשות כיום (לדוגמה, מכונות זיהוי עקבות החומרים המופעלות בנקודות ביטחון בנמלי תעופה). במכה אחת, פתח אטקינסון דלת אל הזיהוי הישיר של חומרי הנפץ הנפשעים ביותר של העולם.

בזמן שאטקינסון מסביר את פרטי המכונה שלו, רוברט יואינג, המדען הבכיר – איש מסודר במכנסי ג’ינס שחורים וחולצה אפורה שתואמת בדיוק את שיערו המאפיר – מארגן הדגמה. יואינג לוקח זכוכית נושא המרוחה במעט RDX, חומר נפץ שאפילו במצב מאוזן יש לו לחץ אידוי של חמישה חלקים לטריליון בלבד. הדגימה הספציפית הזאת, הוא אומר, היא בת יותר משנה ופשוט יושבת על הדלפק חשופה; החשוב היא שהיא חלשה. יואינג מרים את הדגימה הזאת אל קצה החוטם של צינור נחושת בקוטר של צול. הצינור הזה מספק את האוויר למקור יינון, אשר מצוות באופן סלקטיבי תרכובות נפץ עם חלקיקים טעונים, ואז אל ספקטרומטר-מסה מסחרי בערך בגודל של מכונת צילום מסמכים קטנה. אף חלק של המכונה לא מורכב במיוחד; אטקינסון ויואינג בנו כמעט את כל המכונה מחלקים מהמדף.

יואינג מאפשר למכונה לרחרח את דגימת ה-RDX ואז מצביע אל מסך מחשב שם גרף קווי שנראה כמו א.ק.ג. מגיב אל החומר שהוא מריח. בתוך שנייה, הגרף מזנק. יואינג חוזר על הניסוי עם C-4 ואז שוב עם סמטקס. בכל פעם, המכונה חשה בחומר הנפץ.

מסורבל מידי ולא יעיל

דיוויד אטקינסון במעבדת פסיפיק נורת'ווסת הלאומית יצר מערכת שמשתמשת בספקטרומטריית מסה כדי לזהות באוויר את המשקל המולקולרי של חומרי נפץ נפוצים

דיוויד אטקינסון במעבדת פסיפיק נורת’ווסת הלאומית יצר מערכת שמשתמשת בספקטרומטריית מסה כדי לזהות באוויר את המשקל המולקולרי של חומרי נפץ נפוצים

לגרסה מסחרית של המכונה של אטקינסון עשויות להיות השלכות אדירות על ביטחון הציבור, אבל כדי להביא את הטכנולוגיה מהמעבדה אל השטח תידרש התגברות על כמה מכשולים. כפי שהעניין עומד כעת, המכונה מזהה רק קומץ של חומרי נפץ (לפחות תשעה, נכון לאפריל), על אף שגם אטקנסון וגם יואינג בטוחים שהם יצליחו לפענח את הכימיה כדי לזהות את הסוגים האחרים אם הם יזכו למימון. נוסף על כך, יצטרך אטקינסון לכווץ אותה לגודל פרקטי. הגרסה הקטנה ביותר של ספקטרומטר-מסה מתקדם היא בערך בגודל של מדפסת לייזר – גדולה מכדי ששוטרים או חיילים יוכלו לשאת אותה בשטח. מדענים טרם מצאו דרך לכווץ את משאבת הוואקום של המכונה. DARPA, אומר אטקינסון, מימנה פרויקט להקטנה דרמתית של גודל משאבות וואקום, אבל לא ברור אם העבודה ניתנת ליישום על ספקטרומטריית-מסה.

אם אטקינסון יצליח להקטין את המכונה שלו אפילו במעט, ולשפר את העיצוב שלו, הוא יכול למצוא עבורה הרבה מאוד יישומים שימושיים. לדוגמה, גרסה המורכבת על תאי גלים מילימטריים שעכשיו נפוצים בנמלי תעופה בארצות הברית (אלה הדורשים מנוסעים לעמוד עם ידיים באוויר – שאגב, גם הם הומצאו ב-PNNL) תוכל להשתמש בצינורית כדי לרחרח את האוויר ולהעביר אותו לספקטרומטר -מסה. חיילים יוכלו גם הם להרכיב אותה על רכב האמר או רכב אוטונומי שיוכל להתקרב ולרחרח ערימות חשודות של פסולת במצבים מסוכנים מדיי בשביל אדם או כלב. אם אטקינסון יצליח להגיע לגודל של תיק גב או קטן מזה, יכול להיות שהוא אפילו יצליח לייצר גרסאות ניידות בשביל אלה הזקוקים להם יותר מכל: חיילי המארינס המפטרלים באפגניסטן, שוטרי רכבות ה-Amtrak ששומרים על תחנות הרכבת של ארצות הברית, או השוטרים שמגנים על תהלוכה או מירוץ עירוני.

אטקינסון אינו לבדו בחיפוש אחר אף טוב יותר. קבוצת מחקר ב-MIT חוקרת את השימוש בננו-צינוריות פחמן המצופות בפפטידים שהופקו מארס דבורים, הנקשרים למולקולות חומרי נפץ מסויימות. ובמכון המחקר הצרפתי-גרמני בצרפת, החוקר דניס ספיצר מבצע ניסויים בגלאי כימיקלים העשוי ממכונות מיקרואלקטרומכניות (MEM) וממודל על האנטנות של עש טוואי משי זכר, שהן רגישות מספיק כדי לזהות מולקולה בודדה של פרומון נקבי באוויר.

אטקינסון עשוי היה להיות הראשון שהדגים זיהוי כימי רגיש בצורה קיצונית – והמחקר הזה יחזק, כמעט ללא ספק, את ההגנה מפני טרור – אבל לו ולמדענים אחרים יש עוד דרך ארוכה לעבור לפני שהם יתקרבו לתחכום של אף של כלב. אתגר אחד הוא לפתח מנגנון ריחרוח. “עם אף אלקטרוני, אתה צריך להכניס את הריח אל תוך הגלאי”, אומר מארק פישר, מדען בכיר ב-Flir Systems, החברה שמחזיקה את הפטנט על Fido, גלאים של מטעני הצד. בכל ריחרוח שכלב מרחרח, הוא מעבד כחצי ליטר של אוויר, וכלב מרחרח עד 10 פעמים בשנייה. Fido מעבד פחות מ-100 מ”ל בדקה, והמכונה של אטקינסון מרחרחת מקסימום של 20 ליטר בדקה.

החוש הכי ותיק אבל גם הכי מורכב

חוש הריח הוא הוותיק מבין החושים וגם הכי פחות מובן. הוא מורכב ועתיק, לפעמים מכונה החוש הקדמון כיוון שהוא מתוארך לתקופת מקור החיים עצמם. לאורגניזמים של התא הבודד שצפו לראשונה במרק הקדמוני הייתה צריכה להיות מערכת זיהוי כימי על מנת לאתר מזון ולהימנע מסכנה. בבני אדם, זהו החוש היחיד עם תחנת עיבוד ייעודית שלו במוח – פקעת הריח (Olfactory bulb) – וגם היחיד שאינו מעביר את הנתונים שלו היישר אל המוח הגדול. במקום זה, האימפולסים החשמליים שמופעלים כשמולקולות ריח נקשרות לקולטני חוש הריח, עוברים קודם דרך המערכת הלימבית, מקום משכנם של הרגשות והזכרון. זאת הסיבה שסביר כל כך שריח יעורר נוסטלגיה או, במקרה של אנשים הסובלים מהפרעת דחק פוסט טראומטית, פחד משתק.

כל בעלי החיים חולקים את אותה מערכת בסיסית, למרות שיש הבדלים גדולים ברגישות בין המינים השונים. אלה המשתמשים בחוש הריח בתור חוש ההישרדות העיקרי שלהם, בעיקר מכרסמים וכלבים, רגישים בעשרות מונים מבני אדם בזיהוי ריחות. לאדריכלות יש קשר הדוק לכך. כלבים נמצאים קרוב יותר לקרקע, שם מולקולות נוטות לנחות ולהישאר. הם גם מרחרחים בתכיפות גבוהה בהרבה ובצורה שונה לחלוטין; הם קודם נושפים כדי לנקות ריחות מסיחי דעת מסביב למטרה שלהם ואז שואפים פנימה ושואבים יותר מולקולות אל תוך המערך הגדול בהרבה שלהם של קולטני ריח. לכלבי הרחה טובים יש פי עשרה קולטנים מלבני אדם, ו-35 אחוז מהמוח הכלבי מוקדש לריח, בהשוואה לחמישה אחוז בלבד אצל בני אדם.

פוענח רק לפני 50 שנים

בשונה משמיעה או ראייה, אשר שניהם הובנו היטב למדיי מאז המאה ה-19, מדענים פיענחו לראשונה את חוש הריח רק לפני 50 שנה. “במונחים של המנגנונים הפיזיולוגיים של כיצד המערכת פועלת, הפיענוח התחיל לפני כמה עשורים”, אומר ריצ’ארד דוטי, מנהל מרכז הטעם והריח באוניברסיטת פנסילבניה. “וככל שאנשים לומדים יותר, כך העניין נהיה מורכב יותר”.

בעוד גלאי האדים של אטקינסון מזהה כמה כימיקלים ספציפיים באמצעות ספטקרומטריית-מסה, מערכות של בעלי חיים יכולות לזהות אלפי ריחות שהם, לא משנה מאיזו סיבה, חשובים להישרדות שלהם. כשמולקולות מוצאות את דרכן אל תוך אף, הם נקשרות עם קולטני ריח התלויים כמו פרחים הפוכים משכבת רקמת מוח המוכרת כאפיתליום האולפקטורי (olfactory epithelium). מרגע שסדרת מולקולות נקשרת אל קולטנים מסויימים, אות חשמלי נשלח דרך אקסונים אל תוך פקעת הריח ואז דרך המערכת הלימבית ואל תוך קליפת המוח, שם המוח מרכיב יחד את המידע הזה ואומר, “מממ… טעים, יש קפה בסביבה”.
כפי שקורה בחומר נפץ, רוב הריחות הם תרכובות של כימיקלים (רק מעטים מאוד הם טהורים; לדוגמה, וניל הוא רק ונילין), ופירוש הדבר הוא שהמערכת צריכה לקלוט את כל המולקולות האלה יחד ולזהות את השילוב הייחודי כבנזין, לדוגמה, ולא דיזל או קרוסין. דוטי מסביר את המערכת כסוג של קוד, והוא אומר, “הקוד לריח מסויים הוא סוג של שילוב של החלבונים המופעלים”. על מנת ליצור מכונה שמנתחת ריחות בצורה טובה כמו כלבים, המדע צריך לפצח את הקודים ולתכנת קולטנים מלאכותיים שיתריעו על מציאות ריחות מרובים כמו גם על שילובים של ריחות שונים.

בדרכים מסויימות, המכונה של אטקינסון היא הצעד הראשון בתהליך הזה. הוא פיצח את הקודים לכמה חומרי נפץ קריטיים ובנה מכשיר רגיש מספיק כדי לזהות אותם, פשוט על ידי רחרוח האוויר. אבל לא היה לו את היתרון של אלפים רבים של שנים של ביו-הנדסה. חוש ריח כלבי, אומר דוטי, הוא מתוחכם בדרכים שבני אדם יכולים בקושי לדמיין. לדוגמה, בני אדם לא חולמים בריחות, הוא אומר, אבל כלבים עשויים לעשות את זה. “עשויה להיות להם את היכולת לתרגם את הריח למושג”, הוא אומר, ופירוש הדבר הוא שבמקום לראות בעיני רוחם רעיון, הם עשויים להריח אותו.

בעלי חיים יכולים גם להעביר נתוני מידע באמצעות ריח. כשכלב מריח עמוד חשמל, הוא קורא לוח מודעות של נתונים: אילו כלבים עברו לידו, איזה מהם מיוחמים, וכו’. כלבים יכולים גם לחוש פרומונים במינים אחרים. ידוע שהם יכולים להריח פחד, אבל מדענים הוכיחו שהם יכולים להריח דברים אחרים, כמו מחלות סרטן או סכרת. גארי ביושמפ, שמוביל את מרכז מונל לחושים כימיים בפילדלפיה, אומר ש”עכבר שמרחרח עכבר אחר יכול לקבל הרבה יותר מידע על העכבר הזה מאשר אתם או אני היינו יכולים על ידי התבוננות במישהו”.

אם פיצוח קודים כימיים הוא איות פשוט, פענוח סוג המידע הזה הוא דקדוק ותחביר. ובעוד הכלבים רהוטים בשפה המיסתורית הזאת, המדענים רק עכשיו לומדים את האלף-בית.

מעטים בני האדם (אם בכלל) המסוגלים להעריך טוב יותר את המורכבויות של חוש הריח מפול וואגונר, מדען התנהגותי והמנהל השותף של מכון חקר הזיהוי הכלבי (CRDI) של אובורן. הוא פורץ לאפו של הכלב כבר יותר מ-20 שנה.

“כאשר תצא מכאן, לא תוכל יותר לעולם להסתכל שוב על כלב באותה צורה”, הוא אומר, ומוביל אותי במורד מסדרון בו למדו בעבר חניכי המודיעין הצבאי כיצד לקרוא פוליגרף, ועל פני כמה מלונות בהן מבלים גורים צעירים את ימיהם. ה-CRDI, הממוקם בחלק מבסיס צבאי לשעבר למרגלות הרי האפלצ’ים, מרבה ומאמן בכול שנה עבור Amtrak, המחלקה לבטחון המולדת, המשטרה ברחבי ארצות הברית והצבא האמריקני בין 100 ל-200 כלבים – בעיקר כלבי לברדור ריטריבר, אבל גם רועים בלגים, רועים גרמנים ופוינטרים גרמנים קצרי שיער. האימון מתחיל בשבועות הראשונים של החיים, וואגונר מצביע על כך שהרצפה במכלאות הגורים מרוצפת במרצפות מבריקות האמורות לחקות את פני השטח החלקלקים בהם הם יתקלו בקניונים, נמלי תעופה והיכלי ספורט. מרגע שהם נגמלים מההנקה, הגורים עוברים לבתי כלא בפלורידה וג’ורג’יה, שם הם מתרגלים לבני אדם בקרב האסירים בסביבה רועשת, הומה ובלתי צפוייה. ואז הם שבים הביתה לוואגונר.

מה שוואגונר עשה לאורך עשרות אלפי שעות של מחקר זהיר הוא להתחיל לכמת את יכולות ההרחה של הכלב. לדוגמה, מהו הגודל המינימלי של דגימה שכלב יוכל לזהות (חלקיקים לטריליון, לפחות); כמה סוגי ריח שונים הם יכולים לזהות (בתוך תת-קבוצות מסויימות, חומרי נפץ למשל, נראה שאין גבול, וריח חדש יכול להילמד בתוך שעות); אם אימון כלב לזהות מגוון ריחות בו זמנית מפחית את יכולת הזיהוי הכללית שלו (בדרך כלל, לא); וכיצד גורמים מסויימים כמו טמפרטורה ועייפות משפיעים על הביצועים שלהם.

פשוט: למנוע מפצצות להתפוצץ

הרעיון שהכלב הוא טכנולוגיה סטטית שרק מחכה להפוך למיותרת ממש מפריע לוואגונר, כיוון שהוא מרגיש כאילו הוא מחדש בדיוק באותה מידה כמו אטקינסון ומדעני המעבדה האחרים. “רק בתור התחלה, אנחנו עדיין לומדים כיצד לבחור, להרבות, ולקבל כלב טוב יותר – ואז כיצד לאמן אותו טוב יותר, ואולי החשוב מכל, כיצד לאמן את האנשים שנוהגים את הכלבים האלה”.

וואגונר אפילו לימד את הכלבים שלו לטפס אל תוך מכונת MRI ולסבול את הרעש והשעמום של סריקה. אם הוא יצליח לזהות בדיוק איזה נוירונים נורים בנוכחותם של כימיקלים מסויימים ולפתח מערכת להעברת המידע הזה לנוהגים, הוא מעריך שזה יוכל לקדם אותנו מאוד לקראת איפוס מקרי התרעות השווא. ואם הוא יצליח לזהות אותם בצורה אפילו ספציפית יותר – למשל, אם RDX יורה תאים שונים מ-PETN – המידע הזה עשוי לסייע לחבלנים להגיב בצורה ממוקדת יותר.

אחרי יום שלם של התבוננות במאמנים שהציגו את היכולות המרובות של כלבי CRDI, וואגונר מוביל אותי חזרה אל משרדו המרוהט בדלילות ופותח קובץ וידאו על המחשב שלו. הווידאו מציג הרצאה שהוא נתן בכנס חומרי נפץ, ומופיע בו מייג’ור, לברדור זהוב שלובש מה שנראה כמו גרסה מכווצת של מערך מצלמות הרכב של Google Street View (גוגל תצוגת רחוב) על גבו. וואגונר מכנה את הניסוי הזה ניווט כלבי אוטונומי.

בעבודה עם מפות שהועלו מראש, סיפק המחשב לכלב הכוונה מדוייקת. על ידי שידור ביפים שציינו שמאלה, ימינה ואחורה, הוא סייע למייג’ור לנווט ב”עיירה” נטושה המשמשת לאימוני לוחמה בשטח בנוי. וואגונר יכול היה לנטר ממחשב נייד את מיקומו של הכלב על ידי שימוש בשתי מצלמות ונקודת GPS, בו בעת הוא עקב אחרי קצב הריחרוח שלו. כשהכלב אותת על הימצאותו של חומר נפץ, המחשב הנייד הציג התרעה, ונקודה סומנה על המפה.

לא קשה לדמיין שזה יכול להיות שימושי מאוד במצבי לוחמה בשטח בנוי או במקרה שמדובר באזור גדול, ושעון שמתקתק במהירות, כמו איום אנונימי, למשל, על פצצה בתוך בניין משרדים המכוונת להתפוצץ בעוד 30 דקות. הכניסו את הכלב, והוא יוכל לעבור על פני קומות שלמות בריצה מהירה. “יכול להיות לא ניתן ייה לייצר מכשיר שיהיה גמיש כמו כלב, ולרכז את כל היכולות שלו במכשיר אחד”, אומר וואגונר.

חשוב להבין שלשני הצדדים – אנשי הכלבים והמדענים העובדים כדי לחקות את האף הכלבי – יש מטרה משותפת: למנוע מפצצות להתפוצץ. והתוצאה האפקטיבית ביותר של מירוץ הטכנולוגיה הזה, חושב וואגונר, היא מערכת יחסים משלימה בין כלב למכונה. זה לא מעשי, למשל, לצפות שאפילו צוות שלם של כלבי שובל אדים ישמרו על תחנת גרנד סנטרל, אבל משטרת הרכבות תוכל אולי בבוא היום להתקין גרסה של מכונת הריחרוח של אטקינסון בכניסות השונות של התחנה הזאת. אם אחת מהן תשמיע התרעה, הם יוכלו להכניס את הכלבים לפעולה.

יש סיבה לכך של-Flir Systems, יצרנית ה-Fido, יש קבוצת מחקר כלבים, והיא לא נועדה רק לצרכי מחקר השוואתי, אומר קיפ שולץ, האיש שמנהל אותה. “אני חושב שהתעשייה מכוונת, בתכנון מראש – לשילוב”. “יש דברים שכלב עושה טוב מאוד. ויש דברים שמכונה עושה טוב מאוד. אתה יכול להשתמש בצד החזק של אחד כדי להשלים את הצד החלש של השני ולצאת עם פתרון טוב בהרבה”.

על אף שהוא עובד עבור חברה הממוקדת בעיקר בחדשנות חיישנים, שולץ מסכים עם וואגונר שאנחנו צריכים בו זמנית לקדם את הכלב כטכנולוגיה.

מצד שני, כלבים הם לא תמיד הבחירה הנכונה; הם כנראה פתרון רע לסריקת מטענים בטיסה, למשל. זו משימה קריטית, אבל זוהי עבודה מעייפת לרחרח אלפי תיקים ביום בעודם חולפים על מסוע נע. שם, מכשיר ריחרוח המורכב מעל המסוע הוא הגיוני הרבה יותר. הוא אף פעם לא משתעמם.

“לדעתי, התפיסה שחיישנים יוציאו את הכלבים מהעסק – לא ריאלית”, אמר לי שולץ בסיומה של שיחת ועידה ארוכה. מארק פישר, שהיה גם הוא על הקו, צחק. “גם כלבים לא יוציאו את החיישנים מהעסקים”.

ג’וש דין חי בברוקלין והוא מחבר הספר Show Dog: The Charmed Life and Trying Times of a Near-Perfect Purebred.

הכתבות האחרונות בסדרת מדע פופולארי:

<<< הצצה למסדאר סיטי, עיר העתיד של אבו דאבי

<<< כיצד כבישים חכמים ישנו את פני התחבורה


אוהבים מדע ולא מקבלים מספיק ממנו בגיקטיים? Popular Science ישראל וגיקטיים יוצאים בשיתוף פעולה במיוחד במסגרתו יוכלו גולשי האתר להנות ממנוי הכרות מיוחד לגרסה הישראלית של מגזין הטכנולוגיה והמדע במחיר של 20 ש”ח בלבד למשך 3 חודשים. לפרטים נוספים והרשמה

מדע פופולארי

הגב

הגב ראשון!

avatar
Photo and Image Files
 
 
 
Audio and Video Files
 
 
 
Other File Types
 
 
 

* היי, אנחנו אוהבים תגובות!
תיקונים, תגובות קוטלות וכמובן תגובות מפרגנות - בכיף.
חופש הביטוי הוא ערך עליון, אבל לא נוכל להשלים עם תגובות שכוללות הסתה, הוצאת דיבה, תגובות שכוללות מידע המפר את תנאי השימוש של Geektime, תגובות שחורגות מהטעם הטוב ותגובות שהן בניגוד לדין. תגובות כאלו יימחקו מייד.

wpDiscuz

תגיות לכתבה: