像狗鼻子一样灵敏的炸弹探测器 | 智能技术

发布日期:2019-10-31 10:00
研究人员开发了一种人工智能化学传感器,可以实时识别痕量的爆炸性物质的探测器,如TNT。


图片:Alamy

如果一个自杀式恐怖分子带着爆炸装置潜伏在公众面前,炸弹嗅探犬通常可以从最微小的气味中检测出爆炸性的化学物质。这些狗的超级英雄可以感觉到爆炸性三丙酮三过氧化物(TATP)的存在,就算只有少数分子存在,哪怕是万亿分之几的比例内。

罗德岛大学的研究人员正在努力制造一种类似的装置来检测三丙酮三过氧化物(TATP)的蒸汽形态。他们的新检测系统将电导传感器与传统的热力学传感器配对,证实了TATP在十亿分之几(PPB)水平上的存在。他们的研究成果发表在10月2日的IEEE快报上。

TATP是制造爆炸物的恐怖分子常用的原料。它被用于2015年巴黎袭击、2016年布鲁塞尔机场爆炸案、2017年曼彻斯特音乐会爆炸案以及最近的2018年印度尼西亚泗水爆炸案。

参与这项研究的研究员奥托·格雷戈里解释说:“这些攻击中使用的所有简易爆炸装置都依赖于TATP作为引爆器,而且常常是高能材料本身的倍。”但是,他指出,“目前还没有电子追踪检测系统能够连续监测TATP或其前体,它们能与狗的鼻子竞争。”

他的团队在过去10年里从美国国土安全部获得资金支持他们研究了TATP传感器,他们希望改变这种状况。研究人员首先开发了一种热力学传感器,能在78 PPB时检测TATP,并能在2 PPB时检测2,4-DNT(爆炸物TNT的分解产物)。


图片:University of Rhode Island/IEEE
正交传感器的照片(左)和俯视图(中)。剖视图(右)示出包括传感器的各个层,从顶部:金属氧化物(催化剂)层、镍叉指电极、氧化铝涂层、镍微加热器和氧化铝衬底。

热力学传感器使用两个微加热器:一个涂覆有金属氧化物催化剂,一个没有催化剂涂层。当TATP或2,4-DNT等爆炸性物质与微加热器接触时,该装置分析了催化剂与非催化剂反应的热力学差异,揭示了物质的性质。

为了使该装置更准确地确认这些爆炸物的存在,研究人员增加了一个电导传感器。电导传感器分析与热力学传感器相同的催化剂反应,但却测量发生的电阻率变化。

“把热力学平台和电导平台结合起来,提供了一种内置的冗余,可以减少误报和漏报。这两个平台都是独立的系统,寻找独特的“指纹”或对同一爆炸分子的反应,”罗德岛大学化学工程师、合著者彼得·里奇解释说。

研究人员测试了由不同的催化剂金属制成的微加热器,包括氧化锡、氧化锌和氧化铜。在测量电导方面,氧化铜对检测2,4-DNT特别敏感。在测量热效应时,氧化铜的灵敏度是其他材料的三倍,是电导的13倍。

格雷戈里指出,在现实世界中实现这个设备取决于他们如何缩小系统规模并使其可移植。他说:“我们目前的探测系统采用了热力学和电导测量平台,可以放在一个小工具箱里。”“我们的设备最终版本的占地面积会小得多,可以是手持设备,甚至是可穿戴的(设备)。”

催化剂涂层目前是在超薄氧化铝陶瓷基底上形成的,这是导致系统非常敏感的原因。但这些基底仍然比预期的厚。

“在更薄的基板上制造的传感器将大大降低工作温度,也将降低系统的功率要求,从而实现更便携式检测系统。我们每天都在朝着这个目标努力。