لكي تشتم رائحة كلب عليك أن تتعلم الشم!

تمكن الباحثون الذين قاموا بمحاكاة آلية شم الكلاب من تحسين أداء أجهزة الكشف عن الرائحة التجارية.

بواسطة: أوفير ماروم

تتمتع الكلاب بحاسة شم ممتازة، ولذلك استخدمها البشر لفترة طويلة لاكتشاف وتحديد المواد الخطرة، والعثور على الأشخاص المفقودين في مناطق الكوارث، وغير ذلك الكثير. عادة ما ترتبط حساسية الكلاب العالية للرائحة بالكمية الكبيرة من مستقبلات الرائحة الموجودة في أنوفها. وتعتبر الكلاب مثالا مثاليا ومصدر إلهام للمهندسين والعلماء، الذين يحاولون تطوير وسائل اصطناعية قادرة على اكتشاف الرائحة بنفس الحساسية التي تتمتع بها الكلاب، ولكن حتى الآن دون نجاح. ركزت معظم التطورات التكنولوجية على إنشاء أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار، ولكن لم يتم إيلاء سوى القليل من الاهتمام لجزء آخر من عملية الشم التي يقوم بها الكلب - وهو عملية الشم نفسها.

أي شخص شاهد كلبًا يحاول الشم يعرف أنه يفعل ذلك بطريقة شم مميزة. ووجدت الدراسات السابقة التي سعت إلى وصف عملية الشم بشكل تفصيلي، أن الكلب يستنشق الهواء ويزفره من خلال فتحتي الأنف بمعدل حوالي خمس مرات في الثانية. أثناء الاستنشاق، يدخل الهواء، الذي يبعد حوالي 1-2 سم من أنف الكلب، إلى فتحتي الأنف بتدفق منتظم ومنظم. أثناء الزفير، يقوم الهيكل الفريد للأنف وفتحتي الأنف بتحويل تيار الهواء الخارج من الأنف إلى الجانب والأسفل. أثناء الاستنشاق، تلتقي نفاثات الهواء الساخن الخارجة من الأنف بسطح ما وتتسبب في تبخر الروائح وتعليقها، والتي تدخل بعد ذلك مباشرة إلى الأنف أثناء الاستنشاق. بالإضافة إلى ذلك، عند استنشاق سطح ما، فإن اتجاه التدفق المحدد الذي يخرج فيه تيار الهواء من الأنف له غرضين مهمين: أولاً، بهذه الطريقة يتم تجنب إزالة الروائح التي تكون أمام الأنف مباشرة، والتي بعد ذلك مباشرة سوف يدخل الزفير إلى الأنف أثناء الاستنشاق. الهدف الثاني هو خلق حركة عكسية للهواء من الأنف، مما يؤدي في الواقع إلى شفط الهواء الموجود أمام الأنف على مسافة كبيرة نسبيا وبالتالي توسيع النطاق الديناميكي الهوائي للشم.

أدرك فريق من الباحثين الذين فحصوا آلية الاستنشاق أن جميع أجهزة الاستشعار اليوم تقوم بأخذ عينات من الهواء بشكل مختلف عن الطريقة التي تقوم بها الكلاب، وفي الواقع تقوم بسحب الهواء بشكل مستمر وأحادي الاتجاه إلى غرفة القياس. وقرر الباحثون فحص مدى تغير أداء تلك الأجهزة إذا بدأت في "الشم" مثل الكلاب. ولهذا الغرض، تمت طباعة نسخة طبق الأصل من أنف كلب (لابرادور يزن 29.5 كجم، على وجه الدقة) على طابعة ثلاثية الأبعاد. أولاً، تم ربط نموذج الأنف بنظام شفط يحاكي عملية الشهيق والزفير للكلب. وباستخدام معدات متقدمة في المختبر، تمكن الباحثون من إظهار حركة الهواء التي تم إنشاؤها حول النموذج المطبوع، بطريقة مشابهة للآلية الموصوفة من ملاحظات الكلاب الحية. واستخدم الباحثون النموذج المطبوع لجمع عينات رائحة مادة تي إن تي المتفجرة. لقد تمكنوا من إظهار أن آلية الاستنشاق والبنية الخاصة لأنف الكلب تجعل من الممكن أخذ عينات من المواد ما يقرب من عشرة أضعاف مقارنة بالشفط الموحد للهواء.

في الخطوة التالية، استخدم الباحثون أجهزة كشف الرائحة التجارية. وقد أنتجوا، باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد، إضافة مصممة مستوحاة من بنية أنف الكلب. وتم توصيل القابس بمدخل الكاشفات وجعل الأجهزة تسحب عينات من الهواء بطريقة تشبه آلية الاستنشاق. وبعد سلسلة من الاختبارات، تبين أنه عندما يقوم الكاشف "بالشم" مثل الكلب، تزيد قدرة الكشف لأحد الكاشفات حتى 18 مرة، وما يصل إلى 16 مرة لكاشف آخر مصمم لكشف المتفجرات. مما لا شك فيه أنه تحسن كبير مقارنة بالتغيير الهندسي البسيط المطلوب إجراؤه في الكاشف.

إلى هذه المادة

يتعلم أكثر