대기 오염

Aug 02 2007

중국은 대기질이 좋지 않은 지역을 감지하기 위해 사람들에게 유해한 수준의 오염을 감지하도록 훈련시키고 있습니다. 그러나 이것이 인체에 미치는 영향은 무엇입니까? 뇌가 냄새를 식별하고 구별하는 방법과 새로운 냄새 감지 기술에 대해 알아보십시오.

Refinery Xinjiang 중국 Xiaodong Qiu/Moment/Getty Images

중국의 현대 산업 붐으로 인한 오염 을 방지하기 위해 중국 광둥성의 환경 모니터링 스테이션은 고대의 탐지 방법인 인간 의 후각으로 전환하고 있습니다. 12명의 훈련된 전문가들이 냄새 프로필을 감지하기 위해 많은 공장과 쓰레기 처리장으로 인해 Panyu 마을을 괴롭히는 다양한 유독 가스에 노출된 실험실에서 시간을 보냈습니다.

이 기사에서 우리는 코 와 인간의 뇌가 냄새를 감지하고 구별하는 방법, 냄새 프로필 또는 기억을 구축하는 방법, 과학자들이 인공 후각에서 전자 장치와 로봇 을 사용하는 방법에 대해 배울 것 입니다.

지구온난화 갤러리

Dan Eckstein 제공/ 중국 그림
많은 인구와 현재의 산업 붐으로 인해
중국은 세계에서 가장 큰 오염원 중 하나가 될 태세입니다.

2006년 세계 은행의 오염 조사에 따르면 세계에서 가장 오염된 20개 도시 중 16개가 중국에 있습니다. 오염이 가중되고 있습니다. 점점 더 산업화되는 국가에서 300,000명 이상의 사람들이 나쁜 대기 질로 인한 합병증으로 매년 사망하는 것으로 추산됩니다. 이러한 상황을 복잡하게 만드는 것은 훨씬 더 치명적인 형태의 오염 물질인 초미세 입자 의 발견입니다 . 이 입자는 다른 오염 물질보다 훨씬 작고 감지하기 어렵습니다. 대기 질이 악화됨에 따라 건강에 훨씬 더 부정적인 영향을 미치며 다른 건강 문제 중에서도 심장병을 유발할 수 있습니다[출처: CNN ].

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로봇 작동 방식
NASA의 작동 방식
큐리오시티 프로젝트: 오염 퍼즐

냄새 맡는 팀의 리더이자 모니터링 스테이션의 부국장인 Liu Jingcai는 China Daily 신문에 이 훈련이 팀원들에게 장미를 멈추고 냄새를 맡을 후각 기술을 사용할 기회를 정확히 제공하지 못했다고 말했습니다. Liu는 "작업이 상당히 불쾌합니다. "우리는 계속해서 그 끔찍한 가스 냄새를 맡는 실험실에 머물러야 합니다[출처: China Daily ].

팀원들은 유해한 환경 오염 물질의 냄새와 단순히 불쾌하지만 무해한 냄새를 구별하는 훈련을 받았습니다. 그들은 대기 중 유해 가스의 밀도를 감지할 수 있는 민감한 전자 장비(자세한 내용은 추후에 나올 예정)를 마음대로 사용할 수 있습니다. 그러나 중국인 탐지기는 기계에 비해 한 가지 뚜렷한 이점이 있습니다. 인간은 유독 가스를 감지할 수 있을 뿐만 아니라 그에 대한 물리적 반응도 표시할 수 있어 대기 중 가스의 존재를 훨씬 더 분명하게 만듭니다.

우리의 후각은 나이가 들어감에 따라 감도가 떨어지므로 전문 스니핑 팀은 구성원이 여전히 최적의 후각 기술을 보유하고 있는지 확인하기 위해 3년마다 재인증을 받습니다.

하지만 그들이 오염물질을 찾아 판위를 돌아다닐 때, 팀은 그들이 만나는 냄새를 어떻게 정확히 찾아낼 수 있을까요? 다음 섹션에서는 인간의 두뇌가 차이점을 감지하는 방법을 알아보겠습니다.

내용

냄새 감지 및 구별
오염 스니핑의 효과
인공 후각
중국의 오염 탐지기: 저자 메모
중국의 오염 탐지기: 치트 시트

냄새 감지 및 구별

우리는 후각을 당연하게 여길 수 있지만, 정확히 우리가 냄새를 맡는 방식은 신경학자 와 생리학자 사이에서 큰 논쟁과 연구의 주제입니다 . 과학은 냄새가 후각 수용체를 통과하면 냄새의 과정이 정확히 어떻게 일어나는지에 대해 꽤 잘 설명하고 있습니다. 연구자들이 당황한 것은 과정의 시작과 끝입니다.

수년 동안 과학자들은 후각 다발 을 구성하는 다양한 신경 이 전문화 되어 있다는 사실을 알고 있었습니다 . 그들은 각각 상호 작용하도록 설계된 분자 유형에만 반응합니다. 우체국 앞의 우편함 은행을 상상해 보십시오. 하나는 계량 우편용, 하나는 지역 우편용, 하나는 시외 우편용입니다. 각각은 여전히 우체통이고 각각은 메일을 수락하지만, 개별 목적은 특정 분자 수용체로 라우팅되는 후각 묶음의 신경과 마찬가지로 특정 유형의 메일을 특정 위치로 라우팅하는 것입니다.

우주 검토의 의례
후각 과정의 구성 요소 다이어그램

그러나 과학은 여전히 전문화된 수용체 간의 반응이 정확히 어떻게 유발되는지에 대한 답을 찾고 있습니다. 전문 스니퍼가 냄새의 차이를 구별할 수 있도록 하기 위해 어떤 초기 프로세스가 발생합니까?

모든 분자는 한 그대로 휘발성 (는 주위의 실온에서 증발 의미), 취제 될 가능성이있다, 또는 분자는 우리가 냄새를 감지 할 수 있습니다. 일단 냄새 물질이 코 의 수용체에 결합하면 냄새 물질로서의 분자의 잠재력이 실현됩니다. 가장 널리 받아들여지는 이론은 약 350개의 후각 수용체 각각이 분자의 모양에 따라 특정 유형의 분자에 의해서만 활성화될 수 있는 특정 구조를 가지고 있다는 것입니다. 그러나 이 자물쇠와 열쇠 이론[출처: Neurophilosophy ]에는 한 가지 주요 물류 문제가 있습니다. 동일한 모양과 구조를 가진 분자가 완전히 다른 냄새를 가지고 있다는 것입니다.

새로운 연구에 따르면 냄새 물질과 후각 수용체 사이의 상호 작용은 훨씬 더 숭고한 물리적 과정을 기반으로 합니다. 양자 물리학에 뿌리를 둔 이 최근 이론은 상호작용이 냄새 분자의 원자 구조 의 진동에 의해 수용체에서 발생하는 반응을 기반으로 한다고 말합니다 . 수용체는 분자의 진동에 반응하고 이 반응은 후각 시스템을 따라 냄새 정보의 전달을 촉발합니다. 프레스토 악장! 중국 탐지기는 유해한 화학 물질을 뿌리 뽑을 수 있습니다.

분자 철학 때 중 하나

중국

의 스니퍼는 코를 통해 숨을 들이쉬고 수용체는 냄새 물질 이라는 분자와 상호 작용 합니다. 모든 분자는 냄새가 날 가능성이 있지만 분자가 우주에서 떠다니는 동안 냄새로 간주될 수 있습니까? 그것은 일종의 질문과 같습니다. 나무가 숲에 쓰러지고 주위에 아무도 그것을 들을 사람이 없으면 소리가 날까요? 아마도 철학자들을 위한 것입니다.

그러나 이것은 우리가 냄새 분자와 화학적으로 어떻게 상호 작용하는지 설명할 뿐입니다. 우리가 알고 있는 대부분의 냄새는 냄새 분자의 조합으로 이루어져 있습니다. 그렇다면 냄새에 대한 인식을 어떻게 "좋은" 냄새인지 "나쁜" 냄새인지, 그리고 궁극적으로 냄새 맡는 사람이 어떻게 한 냄새와 다른 냄새를 구별할 수 있을까요?

우리 뇌에서 냄새를 감지하는 과정과 냄새를 인지하는 과정이 다를 수 있다는 것이 연구원들에게 점점 더 명확해지고 있습니다. 노스웨스턴 대학의 한 연구는 냄새 분자의 구조가 뇌에서 일어나는 냄새 코딩에 반드시 영향을 미치는 것은 아니라고 결론지었습니다 . 냄새 코딩은 우리의 두뇌가 냄새를 다른 범주로 분류하는 방법에 대한 용어입니다. 연구원들은 이러한 냄새 코딩이 일어나도록 하는 서로 다른 과정의 조합일 수 있음을 발견했습니다.

이 동일한 연구원들은 또한 우리가 냄새에 대한 새로운 정보나 추가 정보를 접할 때 우리 의 코드화된 냄새 기억 또는 노출로 생성된 냄새 프로필이 변경될 수 있다고 결정했습니다 [출처: Northwestern University ]. 예를 들어, 치자 꽃 냄새를 한 번 맡으면 멀리서 치자 식물을 볼 때 촉발될 수 있는 후각 기억이 생성될 수 있지만 치자 나무를 계속 킁킁거리면 꽃 향기에 대한 우리의 원래 인상을 명확하게 하고 복잡성을 추가할 수 있습니다.

다음 섹션에서는 오염 스니핑이 인간에게 미치는 영향을 살펴보겠습니다.

오염 스니핑의 효과

우리 대부분은 코로 오염 물질을 감지하는 데 돈을 받지 않습니다. 우리는 일반적으로 시간이 지남에 따라 일상적인 노출을 통해 환경의 냄새에 대해 배웁니다. 그러나 스니퍼 훈련에 대한 중국 정부의 접근 방식은 보다 공격적이고 집중적입니다. 팀 구성원을 실험실에서 장기간에 걸쳐 냄새에 노출시킴으로써 냄새에 대한 스니퍼의 아이디어는 와인 감정가가 샤도네이 한 잔의 노트 또는 향 프로파일을 감지하는 것과 유사하게 더 빨리 정제 됩니다.

씨의 크리스 하비 /Dreamstime.com
인간의 후각 시스템은
화학 물질에 매우 민감
하고 오염.

노스 웨스턴 연구진은 노출의이 종류가 같은 가족의 냄새에 대한 냄새의보다 정교한 감각을 만들어 것으로 나타났다. 장기간 노출은 또한 냄새에 대한 더 강렬한 반응을 생성합니다. 예를 들어, 중국인 스니퍼가 오랜 기간 동안 유황에 노출된 경우 서로 다른 유형의 유황 화합물을 구별하는 것이 더 쉬웠을 것입니다. 결과적으로 이것은 그들의 직업을 더 잘하게 만들 것입니다.

그러나 유황 및 기타 유해 화학 물질의 냄새를 맡는 것은 인간의 건강에 극도로 해로울 수 있습니다. 따라서 중국인들이 오염을 찾기 위해 인간을 고용하는 동안 세계 다른 지역의 과학자들은 전자 기기 형태의 기술을 찾고 있습니다.

리카르도 아라네다 박사
Dr. Ricardo Araneda에게 감사를 전하고 싶습니다. 대학 의 메릴랜드 이 기사에 대한 그의 도움.

중국 오염 스니퍼에 관한 방의 코끼리는 그 스니퍼가 인간이라는 것입니다. 이것은 그들의 작업이 두 가지 문제에 직면할 것임을 의미합니다. 첫 번째는 시간이 지남에 따라 후각 이 저하된다는 것입니다. 두 번째는 생계를 위해 유해한 화학 물질을 흡입한다는 것입니다. 첫 번째 문제는 스니퍼 교체를 통해 극복할 수 있지만 두 번째 문제는 스니퍼의 건강 문제와 사망으로 이어질 수 있습니다.

다음 섹션에서는 로봇과 전자 장치가 인공 후각에 어떻게 사용되는지 살펴보겠습니다.

인공 후각

우리는 앞서 중국의 인간 스니퍼가 민감한 전자 기기보다 우위에 있다는 것을 보았습니다. 인간으로서 우리는 오염 물질 의 존재를 확인하는 물리적 반응을 가지고 있습니다 . 그러나 전자 기기를 사용하면 인간을 유해한 오염 물질에 노출시킬 필요가 없습니다. 이를 위해 과학은 기술을 사용하여 오염을 찾고 농도를 결정하는 새로운 방법을 찾고 있습니다.

의 의례 NASA / JPL-Caltech의

NASA 는 3세대 전자코(ENose) 장치를 개발했습니다. 우주국의 제트 추진 연구소(JPL)는 우주 왕복선 에서 암모니아 누출을 감지하는 데 도움이 되는 장치를 만들었습니다 . NASA는 셔틀의 배관에서 암모니아를 열전도체로 사용합니다. 암모니아는 기체 상태로 노출되면 치명적일 수 있으며 누출되면 우주 비행사에게 재앙을 초래할 수 있습니다. 이와 같은 재난을 막기 위해 ENose는 가스 농도가 치명적인 수준에 도달하기 전에 이와 같은 누출을 조기에 감지할 수 있는 우주용으로 개발되고 있습니다.

ENose는 인간의 후각 시스템의 구조를 기반으로 합니다. 이 장치는 고분자 필름을 사용하여 분자를 감지하고 분자에 반응합니다. 마치 후각 신경 끝에 있는 머리카락 같은 작은 수용체와 비슷합니다. 그런 다음 이러한 반응은 기계에 의해 해석됩니다.

NASA 웹사이트에 실린 ENose에 대한 기사에 따르면 이 장치는 매우 민감하여 화재가 발생하기 전에 냄새를 맡을 수 있고 코카콜라와 펩시를 구별할 수 있다고 합니다[출처: NASA ]. 중국인 스니퍼조차도 그렇게하는 데 어려움을 겪을 것입니다.

Natalie Jeremijenko, Jeffrey Warren 및 Mike Kai의 의례
로봇 개가
오염 물질 감지기로서의 새로운 목적 을 찾고 있습니다. 개의
마이크로칩이
공기 중의 휘발성 화합물 을 감지 하도록 개조되고 있습니다.

지구로 돌아가면 우주 왕복선보다 약간 덜 정교한 기술이 NASA의 ENose와 유사한 장치에 사용되고 있습니다. 걷고, 앉고, 머물고, 짖을 수 있는 한때 인기 있는 어린이 장난감인 로봇 개는 야성견(Feral Dog)이라는 프로젝트에서 개들이 100ppm(parts per million)만큼 적은 양의 휘발성 화합물을 감지할 수 있도록 하는 새로운 칩으로 개조되고 있습니다. 계획.

샌디에이고 주립대학교 교수인 Natalie Jeremijenko의 아이디어에 따르면 이 프로젝트는 오염 물질을 안전하게 냄새 맡을 뿐만 아니라 이러한 오염 물질이 내포하는 환경적 위험에 대한 인식을 높이기 위한 방법으로 시작되었습니다. 이 프로젝트는 아이다호, 뉴욕, 플로리다에서 전국적으로 개보수 연구소가 생겨나면서 시작되었습니다.

하지만 야성견 프로젝트에 사용된 센서가 ENose를 따라잡으려면 갈 길이 멉니다. 로봇 견의 센서는 100ppm의 화합물을 감지할 수 있지만 ENose 센서는 100만분의 1(단 하나의 분자)만큼 작은 부분만 감지할 수 있습니다.

야성견 프로젝트에 대한 자세한 내용과 로봇 개가 출시되는 비디오를 보려면 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.

중국의 오염 탐지기: 저자 메모

2009
조시 클라크, 수석 작가

제가 광동성 오염 탐지기의 한 가지 측면에서 저는 한 번도 깊이 이해할 수 없었습니다. 왜 인간을 사용합니까? 기사를 쓸 때와 "꼭 알아야 할 사항" 팟캐스트 에피소드를 만들 때도 궁금했고 지금도 궁금합니다. 의도적으로 인간을 대기 오염에 노출시키는 데 따른 모든 부수적 피해는 - 그 뿐만 아니라 직업으로서 오랫동안 심호흡을 하게 만드는 - 완전히 불필요하지는 않더라도 최소한 위험해 보입니다. 네 번째 섹션에서는 인간 오염 감지기보다 실제로 훨씬 더 잘 작동할 수 있는 여러 기계식 센서를 기록했습니다. 그렇다면 왜 사람을 사용합니까?

이것은 .com에 대한 나의 첫 번째 기사였습니다. 사실 테스트 기사였고, 저를 고용하게 만든 기사였기 때문에 이 기사에 깊은 애착을 갖고 있습니다. 그것에 대한 연구는 또한 과학이 우리가 후각을 어떻게 경험하는지 알지 못한다는 매혹적인 사실에 대한 첫 번째 소개를 제공했습니다. 이 기사에서 이야기하는 냄새 이론을 알게 되면서 우리가 배워야 할 것이 얼마나 남았는지 알게 되었습니다.

대기 오염

냄새 감지 및 구별

오염 스니핑의 효과

인공 후각

중국의 오염 탐지기: 저자 메모

중국의 오염 탐지기: 치트 시트