ידענים: ביומימטיקה - חיקוי הטבע

מאת 18 במרץ 2017 2 תגובות

חוקרים שחיקו את מנגנון הרחרוח של כלבים הצליחו לשפר ביצועים של גלאי ריחות מסחריים.

מקור: Julia Janeta.

מקור: Julia Janeta.

מאת: אופיר מרום

לכלבים חוש ריח מעולה, ולכן, במשך זמן רב נעזרו בהם בני האדם לגילוי ולזיהוי של חומרים מסוכנים, למציאת נעדרים באזורי אסון ועוד. הרגישות הגבוהה של כלבים לריח משויכת בדרך כלל לכמות הגדולה של קולטני ריח הנמצאת באפם. הכלבים מהווים אידיאל ומקור השראה עבור המהנדסים והמדענים, המנסים לפתח אמצעים מלאכותיים שיהיו מסוגלים לזהות ריח באותה הרגישות שבה כלבים עושים זאת, אך עד כה ללא הצלחה. רוב הפיתוחים הטכנולוגיים התרכזו ביצירת סוגים שונים של חיישנים, אולם רק מעט תשומת לב ניתנה לחלק נוסף בתהליך ההרחה של הכלב – פעולת הרחרוח עצמה.

כל מי שהתבונן אי פעם בכלב המנסה להריח יודע שהוא עושה זאת בצורה אופיינית של רחרוח. מחקרים קודמים שביקשו לתאר באופן מפורט את פעולת הרחרוח מצאו שהכלב שואף ונושף אוויר דרך הנחיריים בקצב של כחמש פעמים בשניה. בזמן השאיפה, האוויר, שנמצע כ- 1-2 ס"מ מהאף של הכלב, נכנס לתוך הנחיריים בזרימה אחידה ומסודרת. בזמן הנשיפה, מבנה האף הייחודי והנחיריים מסיטים את סילון האוויר שיוצא מהאף לצד ולמטה. בזמן רחרוח, סילוני האוויר החם שיוצאים מהאף פוגשים במשטח וגורמים לאידוי ולהרחפה של ריחות, שמיד לאחר מכן נכנסים לאף בשאיפה. בנוסף, בזמן רחרוח של משטח, לכיוון הזרימה המסויים שבו יוצא סילון האוויר מהאף יש שתי מטרות חשובות: הראשונה, באופן זה נמנעת הרחקה של ריחות שנמצאים ישירות מול האף, שמיד לאחר הנשיפה יכנסו לאף בשאיפה. המטרה שניה היא יצירת תנועת אוויר מהאף אחורה, שלמעשה גורמת לשאיבה של אוויר הנמצא מלפני האף במרחק גדול יחסית ובכך מרחיבה את הטווח האווירודינאמי של ההרחה.

צוות חוקרים שבחן את מנגנון הרחרוח הבין שכל מכשירי החישה כיום דוגמים את האוויר בשונה מהאופן שעושים זאת הכלבים, ולמעשה הם שואבים באופן רציף וחד כיווני את האוויר אל תוך תא המדידה. החוקרים החליטו לבחון כיצד ישתנו הביצועים של אותם מכשירים אם הם יתחילו "לרחרח" כמו הכלבים. לשם כך הודפס במדפסת תלת ממד העתק מדוייק של אף של כלב (כלבת לברדור במשקל 29.5 ק"ג, ליתר דיוק). ראשית חובר המודל של האף למערכת שאיבה שחיקתה את השאיפות והנשיפות של הכלב. באמצעות מכשור מתקדם במעבדה הצליחו החוקרים להראות שסביב המודל המודפס נוצרה תנועת של אוויר, באופן דומה למנגנון שתואר מתוך תצפיות בכלבים חיים. החוקרים השתמשו במודל המודפס כדי לאסוף דוגמאות ריח של חומר נפץ TNT. הם הצליחו להראות שאכן מנגנון הרחרוח והמבנה המסוים של אף הכלב מאפשרים לדגום כמעט פי עשר יותר חומר לעומת שאיבה אחידה של האוויר.

בשלב הבא לקחו החוקרים גלאי ריחות מסחריים. הם ייצרו, באמצעות מדפסת תלת ממד, תוסף שתוכנן בהשראת המבנה של אף הכלב. התוסף חובר לכניסה של הגלאים וגרם למכשירים לשאוב דוגמאות אוויר באופן דומה למנגנון הרחרוח. לאחר סדרה של בדיקות נמצא שכשהגלאי "ריחרח" כמו כלב, עלתה יכולת הזיהוי של גלאי אחד עד פי-18 ועד פי-16 עבור גלאי נוסף, המיועד לזהות חומרי נפץ. ללא ספק שיפור דרמטי לעומת השינוי ההנדסי הפשוט שנדרש לבצע בגלאי.

למאמר

למידע נוסף

2 תגובות ל “כדי להריח כמו כלב צריך ללמוד לרחרח!”

  1. א.בן נר

    לאבי
    אני מניח כי עם עוד מעט מאמץ, תחכום והשקעה כספית,
    ניתן יהיה לפתח גם גלאי שיוכל לנבוח ולחרבן בזמן ההרחה.
    האם לזה התכוונת ?

  2. אבי

    בין היתרונות של הגלאי ראוי לציין את זה שהוא לא נובח ולא מחרבן על המדרכות.

הוספת תגובה

  • (will not be published)