과학자들은 동물이 냄새를 따라가는 방법을 알아내려고 노력하고 있습니다.

동물이 사용하는 다양한 전략을 발견하면 엔지니어가 유사한 작업을 수행하는 로봇을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.

다나 맥켄지(Dana Mackenzie), Knowable 매거진

허리케인 이안(Hurricane Ian)이 플로리다를 강타한 지 4일 후인 2022년 10월 2일, 아레스(Ares)라는 이름의 수색 구조 로트와일러(Rottweiler)가 포트 마이어스(Fort Myers)의 황폐화된 거리를 걷고 있던 중 그가 훈련하던 순간이 왔습니다. 아레스는 부서진 집에서 냄새를 맡고 위층으로 달려갔습니다. 그의 조련사가 뒤를 따라가며 조심스럽게 잔해 사이로 나아갔습니다.

천장이 무너진 뒤 이틀 동안 화장실 안에 갇혀 있던 남자를 발견했다. 플로리다 최악의 허리케인 중 하나인 이안에서 약 152명이 사망했지만 그 행운의 남자는 냄새를 근원지까지 추적하는 아레스의 능력 덕분에 살아남았다. .

우리는 개가 잔해 밑에 묻힌 사람을 찾는 능력, 나방이 냄새 기둥을 따라 짝에게 가는 능력, 모기가 내뿜는 이산화탄소 냄새를 맡는 능력을 당연하게 여깁니다. 그러나 코로 탐색하는 것은 보이는 것보다 더 어렵고, 과학자들은 동물이 어떻게 코를 움직이는지 연구하고 있습니다.

2022년 연례 보고서에서 동물이 냄새 원인을 찾는 방식에 대한 조사를 공동 집필한 하버드 대학의 생물물리학자 Gautam Reddy는 "가장 어려운 점은 냄새가 빛이나 소리와 달리 직선으로 이동하지 않는다는 것입니다."라고 말합니다. 응집물질물리학. 담배 연기 기둥을 보면 문제를 알 수 있습니다. 처음에는 상승하여 거의 직선 경로로 이동하지만 곧 진동하기 시작하고 마침내 난류라고 불리는 과정에서 혼란스럽게 넘어지기 시작합니다. 동물이 어떻게 그렇게 복잡한 경로를 따라 원래의 장소로 돌아갈 수 있었습니까?

지난 수십 년 동안 유전자 변형부터 가상 현실, 수학적 모델에 이르는 일련의 새로운 첨단 기술을 통해 근본적으로 다른 방식으로 후각 탐색을 탐색할 수 있게 되었습니다. 동물이 사용하는 전략과 성공률은 동물의 체형, 인지 능력, 냄새 기둥의 난류 정도 등 다양한 요인에 따라 달라지는 것으로 나타났습니다. 언젠가 이러한 이해가 커짐에 따라 과학자들은 현재 우리가 동물에게 의존하고 있는 작업(실종자 수색을 위한 개, 송로 버섯 수색을 위한 돼지, 때로는 지뢰 수색을 위한 쥐)을 수행할 수 있는 로봇을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.

냄새를 추적하는 문제는 기본적인 해결책이 있어야 하는 것처럼 보입니다. 간단히 냄새를 맡고 냄새가 가장 강한 방향으로 향합니다. 소스를 찾을 때까지 계속하십시오.

기울기 검색 또는 화학주성이라고 불리는 이 전략은 냄새 분자가 확산으로 알려진 과정의 마지막 단계인 잘 혼합된 안개에 분포되어 있는 경우 매우 잘 작동합니다. 그러나 확산이 매우 느리게 진행되므로 철저한 혼합에는 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다. 대부분의 자연 상황에서 냄새는 좁고 날카로운 흐름 또는 기둥 형태로 공기를 통해 흐릅니다. 그러한 기둥과 그것이 전달하는 냄새는 확산에 의한 것보다 훨씬 더 빠르게 전달됩니다. 어떤 면에서 이것은 먹이를 추적하기 위해 몇 시간을 기다릴 여유가 없는 포식자에게는 좋은 소식입니다. 그러나 소식이 모두 좋은 것은 아닙니다. 악취 기둥은 거의 항상 난류이며, 난류는 기울기를 통한 검색을 매우 비효율적으로 만듭니다. 어느 시점에서든 향기가 가장 빠르게 증가하는 방향이 근원지에서 멀어지는 방향을 가리킬 가능성이 높습니다.

동물은 다양한 다른 전략을 요구할 수 있습니다. 짝을 찾는 나방과 같은 날아다니는 곤충은 풍속 즉 기류에 따른 반응의 한 형태인 "시전 및 급증" 전략을 채택합니다. 수컷 나방이 암컷의 페로몬을 감지하면 바람이 불고 있다고 가정하고 즉시 바람을 거슬러 날아가기 시작합니다. 만약 그가 냄새를 잃으면(아마도 일어날 것입니다, 특히 그가 암컷으로부터 멀리 떨어져 있을 때), 그는 바람에 좌우로 "시전"하기 시작할 것입니다. 다시 깃털을 발견하면 그는 바람을 거슬러 날아가는 것을 재개하고(“급증”) 암컷을 볼 때까지 이 행동을 반복합니다.