Израильские инженеры недавно представили «электронный нос», способный обнаруживать даже следовые количества молекул взрывчатых веществ в воздухе. В перспективе на основе этой разработки будут созданы дешевые портативные приборы поиска взрывных устройств, по своим возможностям на голову превосходящие существующие системы. Сегодня такая технология является необычной, поскольку в серийных устройствах поиска взрывчатки используется либо спектрометрический, либо химический анализ, дающий порой ложные результаты. «Лента.ру» подготовила обзор нетрадиционных, но эффективных способов поиска взрывчатки, разрабатываемых или уже используемых военными.
Электроника
О своей разработке израильские инженеры из Школы химии и Центра нанотехнологий и исследования наноматериалов Тель-Авивского университета объявили в конце июля 2014 года. Созданное в Израиле устройство обладает на два-три порядка большей чувствительностью к молекулам взрывчатых веществ в воздухе, чем нос собаки. Сравнение производится с собакой по той причине, что они традиционно используются военными для быстрого обнаружения самодельных взрывных устройств при досмотре на блок-постах или контрольно-пропускных пунктах. Израильский «нос», по сравнению с животным, обладает большей точностью.
Если собака может ошибиться при поиске взрывчатых веществ, то, согласно заявлению разработчиков, «электронный нос» таких ошибок не делает. Например, поисковая собака может показать, что нашла взрывчатку, хотя на самом деле в контейнере может находиться хлорид аммония (применяется для производства удобрений, а также в пайке в качестве одного из компонентов флюса) или бутадиен (применяется в производстве пластмасс и каучука). Эти вещества могут давать и ложные срабатывания химических анализаторов, хотя сами по себе к взрывчатым не относятся. В израильской разработке используется технология измерения колебаний электропроводности в зависимости от попавшей на сенсор молекулы вещества.
«Электронный нос» представляет собой чип, на котором расположены несколько сотен нанотранзисоторов. Чувствительность устройства составляет несколько молекул взрывчатки на квадриллион молекул других газов. Обнаружение производится в режиме реального времени, причем электронный чип способен с высокой точностью различать виды взрывчатых веществ. Например, определять пероксид ацетона или гексаметилентрипероксиддиамин, молекулы которых по разному влияют на изменение электропроводности нанотранзисторов. В целом же устройство израильской разработки представляет собой насос, нагнетающий жидкость или воздух в камеру с сенсором, и компьютер со специальным программным обеспечением.
Изменение электропроводности нанотранзисторов
a. Изменение электропроводности нанотранзисторов «электронного носа» при попадании на него растворов тринитротолуола различной концентрации. Отметки I-VII соответствуют концентрации в 500 фемтомолей, 5 пикомолей, 5 наномолей, 75 наномолей, 100 наномолей, 500 наномолей и 5 миллимолей. b. Изменение электропроводности нанотранзисторов в логарифмическом представлении. c. Изменение электропроводности трех нанотранзисторов под воздействием раствора тринитротолуола с концентрацией в 5 миллимолей.. Изображение: Тель-авивский университет
Следует отметить, что еще в 2008 году аналогичную разработку заказало Агентство перспективных исследований (DARPA) министерства обороны США. Оно подписало контракт с компанией SAIC на создание высокочувствительной системы распознавания запахов, которую бы можно было использовать для обнаружения взрывчатых веществ. В этой системе данные с сенсоров должны были сопоставляться с заложенными в память образцами. На какой стадии находится этот проект сейчас, не раскрывается. Зато известно, что в сентябре 2013 года ВМС США подписали с SAIC контракт на производство устройств быстрого обнаружения и оценки состояния взрывных устройств. Сумма сделки составила 49,4 миллиона долларов.
Американские инженеры из Университета Вандербильта в Теннеси, в отличие от израильских коллег, пошли другим путем. Они предложили технологию бесконтактного поиска взрывчатых веществ малой и большой мощности при помощи ультразвуковых волн. Суть технологии сводится к тому, что контейнер, в котором предположительно содержится взрывчатое вещество, облучают ультразвуком, а затем при помощи лазера измеряют частоту колебаний стенок самого контейнера. Частота и сила колебаний, уверены инженеры, напрямую зависит от типа взрывчатки.
Разработанное и испытанное американцами устройство представляет собой фазированный ультразвуковой излучатель, лазерный датчик и компьютер, анализирующий полученные данные. Во время первых испытаний инженеры использовали пластиковые канистры, заполненные смесями полибутадиена с концевыми гидроксильными группами с 50- и 75-процентными добавками кристаллов хлорида аммония соответственно. Полученные измерения показали, что вибрационный ответ обеих канистр существенно различался. Кроме того, был проведен опыт, результаты которого показали, что технология позволяет различать пустую канистру и канистры заполненные водой или глиноподобной субстанцией.
В настоящее время технология акустического обнаружения взрывчатых веществ находится в разработке, и когда начнется ее серийная реализация, пока неизвестно. Со временем инженеры планируют научиться достаточно точно определять типы взрывчатых веществ в пластиковых канистрах и в тканевой оболочке. Финансирование этого проекта составляет семь миллионов долларов.
Фауна
В круг интересов военных, помимо высокоточных электронных поисковых приборов, входят животные и насекомые, которые, при тщательном изучении поведенческих особенностей, также могут эффективно использоваться для поисках взрывчатых веществ и самодельных взрывных устройств. Животные и насекомые, в отличие от электронных устройств, обладают важным преимуществом — их использование обходится значительно дешевле, а потерянные при взрывах экземпляры можно относительно легко и быстро заменить новыми.
По этой причине ученые из Университета Джорджии и министерства сельского хозяйства США еще в 2005 году предложили использовать для поиска ос. Исследователи создали специальный прибор, в котором содержались пять насекомых, «обученных» искать особый грибок, поражающий арахис. Если осы чувствовали запах такого грибка, прибор подавал световой сигнал. Реакция ос на запах отслеживалась при помощи миниатюрной камеры внутри прибора. Специальное же программное обеспечение на компьютере отслеживало малейшие изменения в поведении и подавало сигнал.
Эта разработка не была доведена до логического конца, однако общая идея сохранилась. В частности, ученые из Лос-Аламосской лаборатории на протяжении последних нескольких лет изучали поведение пчел и занимались их дрессировкой, чтобы впоследствии использовать их для обнаружения взрывчатых веществ. Дрессировка насекомых занимает мало времени (от пяти до десяти минут на один тип вещества). На время обучения пчел помещают в контейнер, в котором находится и небольшое количество взрывчатого вещества. В контейнере пчелам небольшими порциями дают раствор сахара. Через короткое время у насекомых вырабатывается рефлекс — определенный запах означает получение поощрения.
Для определения взрывчатых веществ может использоваться несколько методик. Одна из них предполагает выпуск пчел из улья — оказавшись на свободе они летят в сторону потенциального местоположения взрывчатки. Другая методика заключается в размещении пчел в специальных небольших контейнерах и отслеживании их поведения при помощи миниатюрных видеокамер. В случае, если пчела почувствует запах того или иного взрывчатого вещества, у нее сработает условный рефлекс, и насекомое начнет вытягивать хоботок. Аналогичная дрессировка применима и к осам.
В целом технология использования пчел для поиска взрывчатки и взрывных устройств уже отработана и считается надежной. В ближайшее время инженеры намерены разработать специальные электронные ульи с сенсорами, в которых будут содержаться поисковые пчелы. Следует отметить, что такие же работы проводятся и в Великобритании.
Между тем, в августе 2012 года Армия США заказала разработку автоматизированной системы R.A.T.S., которая будет заниматься обучением крыс поиску взрывчатых веществ. Созданием такой системы занимается компания Barron Associates совместно с учеными из Исследовательской лаборатории Армии США и армейскими инженерами из Вест-Пойнта. Военные намерены научить крыс искать даже небольшие количества взрывчатки, зарытой в землю. По словам руководителя проекта R.A.T.S. Уильяма Грессика, в войсках крысы не заменят поисковых собак, надрессированных на поиск взрывчатки.
Впервые американские военные заинтересовались возможностью использования крыс для поиска взрывчатых веществ в 2010 году. Тогда был проведен ряд консультаций с военными Танзании, уже несколько лет использующими гамбийских хомяковых крыс (Cricetomys gambianus) для обнаружения самодельных взрывчатых веществ. К недостаткам дрессированных грызунов танзанийские военные относят их малую производительность — за день крыса может обследовать только 84 квадратных метра территории. По мнению же американских военных, преимущества крыс заключаются в их дешевизне и малом весе — мины не срабатывают под тяжестью животных.
Сегодня военные занимаются активным поиском дешевых, простых и надежных способов обнаружения взрывных устройств и взрывчатки. Причем, несмотря на активное развитие электронных средств обнаружения, животным все еще отводится значительная роль в поиске. Этому есть простое объяснение: использовать собак или дельфинов гораздо дешевле, чем осуществлять постоянные облеты территории на вертолетах или объезжать земли на машинах, напичканных специальной дорогостоящей поисковой электроникой.