防災救援新科技:電子鼻

狗常被稱作人類最好的朋友,除了作為日夜陪伴的寵物、家門的守護員、獵人或牧人的助手,和盲人的導航員外,牠更可以在災難現場中擔當搜索被困傷者的重任。



在大規模災難發生後,例如在倒塌的建築物或山泥傾瀉的瓦礫下,確定現場是否有人被困並並將他們救出,絕對是分秒必爭的任務。但是,由於環境惡劣,地方狹小,救援人員未必能深入瓦礫,此時搜索犬就可以大展身手,用牠驚人的嗅覺,探測人體釋放的氣味,在狹窄的瓦礫中搜尋被困的人,讓救援人員用安全方法將他們救出。


訓練有素的搜索犬既忠心又勇敢,可是與救援人員一樣,在執行任務後一段時間,便需要休息。被困者可能受傷,也可能受到壓迫而難以呼吸,因此在瓦礫時間越久,生存的機會便會越低。為了把握黃金救援時間,科學家發明了一個稱為「電子鼻」的儀器,它能夠如搜索犬的鼻子一樣靈敏,分擔搜索犬的工作。


電子鼻由數個微型感應器組成,內部有三塊摻雜矽或鈦的納米構造半導體薄膜,負責檢測代表生命跡象的揮發性化學物質,包括丙酮、氨(俗稱阿摩尼亞)和異戊二烯(isoprene)。儀器內同時有兩個感應器,用來探測二氧化碳和水蒸氣。這些物質會在我們呼吸時,或是從皮膚中釋放出來。歐洲的研究團隊自數年前開始研發這一種電子鼻,邀請志願者模擬被困在狹小空間,並利用電子鼻探測他們釋出的極微量化學物質。當這些目標物質接觸到感應器後便會發生化學反應並產生電子信號。只要電子鼻探測到空氣中極微弱的化學痕跡,便意味著瓦礫下可能有生還者。


事實上,以往也有類似電子鼻的設備,不過儀器體積龐大,不便救護員攜帶。加上當時技術還未成熟,能檢測目標化合物的靈敏度低,而製造成本也頗高。新開發的電子鼻製造成本低廉,兼且體積細,可以設計成手提裝置,甚至靠無人機攜帶便可飛往災難現場進行搜索。這個新發明具高靈敏度和選擇性,有望加速搜救工作,幫助拯救人員更快速準確地確定受災範圍,適當分配人力和資源作出搶救。


那麼我們「最好的朋友」很快就會失業嗎?電子鼻會淘汰搜索犬目前來說言之尚早。更多的電子鼻測試和調校仍然在進行,以提高其可靠性,加上在使用上的一些局限(例如讀數不夠穩定,環境中可能出現訊號干擾等)。無論如何,電子鼻將會是搜索犬的好拍檔,它除了可以讓執勤狗隻有多點休息時間外,透過無人機或其他遙控設備,電子鼻可以到達災場內更隱蔽和危險的角落作探測。因此,我們仍然要依靠搜索犬的幫忙,而且拯救人員的勇氣和專業精神更是電子鼻無法取代的。


電子鼻相關研究在近年迅速發展,運用相同概念,科學家可以發明各種電子鼻去做其他工作犬的任務:偵查人口販賣、檢測爆炸品和毒品等,而且有效檢測爆炸品亦有助預防災難發生。除了搜救生還者,只要稍稍調整電子鼻內的感應晶片,便可以檢測人類屍體散發出的獨特氣體,幫助判斷受災被困的人是否還活著。


對於受災甚至死難者的家屬來說,電子鼻可以幫助提供更準確的資訊,使親屬免於漫長等待而產生的焦慮,縮短因為不確定而帶來的不安,即使最後確認不幸遇難,在某程度上亦能縮短他們的情緒復原時間、盡快渡過哀傷。




參考資料

Sniffing Entrapped Humans with Sensor Arrays

Anal. Chem. 2018, 90, 4940−4945 DOI: 10.1021/acs.analchem.8b00237



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