Kutumia vilipuzi halisi kwa ajili ya mafunzo na majaribio ya utendaji wa mbwa wa kugundua vilipuzi hakuwezekani katika kila mazingira kwa sababu za usalama, gharama, kanuni na uratibu. Kwa hiyo, watafiti kwa muda mrefu wamekuwa wakijaribu kutengeneza viigaji salama vya harufu ambavyo havilipuki lakini huunda katika mfumo wa kunusa wa mbwa hisia ya harufu inayofanana na ya kilipuzi halisi. Hata hivyo, harufu nyingi zinazouzwa kibiashara kama viigaji vya vilipuzi huzalisha mwitikio mdogo kwa mbwa waliofunzwa kwa sababu hazina ufanano wa kutosha wa kimtazamo na kilipuzi halisi.

Utafiti huu ulitathmini misombo tete katika nafasi ya kichwa ya kilipuzi cha plastiki C4 si kwa kuzingatia tu viwango vyake vya kemikali, bali pia unyeti wa kunusa wa mbwa kwa dutu hizo, kwa kutumia mbinu ya Kitengo cha Thamani ya Harufu. Watafiti walitengeneza viigaji mbalimbali vya harufu kwa aina tofauti za C4, wakavijaribu kwa mbwa wanane wa maabara kupitia majaribio ya ujumlishaji yasiyo na uimarishaji, na kisha wakatathmini kiigaji kilichofanikiwa zaidi katika hali za kiutendaji kwa mbwa 57 wa kazi.

Kiigaji kilichofanikiwa zaidi cha C4-A kilisababisha mwitikio wa tahadhari wa %100 katika kukutana kwa kwanza kwa mbwa wa maabara waliofunzwa kwa C4-A. Hata hivyo, katika uwasilishaji unaorudiwa bila zawadi, mbwa walijifunza tofauti kati ya harufu ya kiigaji na C4 halisi; kiwango cha mwitikio kilishuka hatua kwa hatua hadi karibu sifuri. Kwa upande mwingine, %89 ya mbwa 27 wa kazi waliokuwa wameidhinishwa kwa ugunduzi wa C4 waliitikia C4-A halisi na pia kiigaji hicho hicho cha harufu. Kati ya mbwa 30 waliofunzwa RDX pekee, mmoja aliitikia C4 halisi, huku hakuna hata mmoja aliyeitikia kiigaji.

Utafiti unaonyesha kwamba kiigaji kilichotengenezwa si nakala kamili ya harufu ya C4 halisi; hata hivyo, kinaweza kuwa na matumaini kwa kupima utendaji wa mbwa wa kazi katika mazingira ambayo matumizi ya kilipuzi halisi hayawezekani. Matokeo hayathibitishi kwamba kiigaji hiki kinaweza kutumiwa moja kwa moja badala ya mafunzo ya C4.

Tatizo la msingi ni nini?

Mbwa wa kugundua vilipuzi ni mojawapo ya mifumo muhimu zaidi ya kibaolojia ya utambuzi inayotumiwa katika maeneo ya kijeshi, viwanja vya ndege, usalama wa usafiri, majengo ya umma na shughuli za utekelezaji wa sheria. Ili mbwa hawa wafanye kazi kwa kutegemewa, wanahitaji kufunzwa mara kwa mara kwa harufu lengwa na kupimwa kwa vipindi maalum.

Hata hivyo, kusafirisha, kuhifadhi na kutumia vilipuzi halisi kwa madhumuni ya mafunzo na majaribio huleta vikwazo vingi:

• Mahitaji ya vibali vya kisheria na leseni,
• ulazima wa uhifadhi salama,
• hatari za usafirishaji na utunzaji,
• vikwazo vya matumizi katika maeneo kama shule, viwanja vya ndege au maeneo ya umma,
• gharama kubwa na hitaji la wafanyakazi wenye utaalamu.

Kwa hiyo, kuna haja ya vifaa vya mafunzo vinavyobeba harufu ya kilipuzi halisi lakini visivyo na hatari ya kulipuka. “Kiigaji cha harufu” kinacholengwa na utafiti huu kinajaribu kuiga misombo tete ya harufu inayotoka hewani kutoka C4 bila kujumuisha sehemu yake ya kilipuzi chenye nishati.

Harufu ya kilipuzi halisi na muundo wa kemikali si kitu kimoja

Dutu kuu yenye nishati katika muundo wa kilipuzi si lazima iwe ndiyo harufu kuu inayotambuliwa na mbwa. Sehemu yenye nishati ya C4 ni RDX; hata hivyo, RDX ina uvukizaji mdogo. Wasifu wa harufu unaotambuliwa na mbwa unaweza kujumuisha mchanganyiko wa misombo tete ya kikaboni inayotolewa kutokana na mchakato wa uzalishaji, viunganishi, viplastisiza, viashiria, uchafu na kuzeeka kwa nyenzo.

Tofauti hii ilionekana wazi katika matokeo ya kiutendaji ya utafiti. Ingawa RDX ndiyo kilipuzi kikuu ndani ya C4, mbwa waliofunzwa RDX pekee kwa kiasi kikubwa hawakuitikia C4-A halisi wala kiigaji cha C4-A. Matokeo haya yanaonyesha tofauti muhimu kati ya “kujua kemikali kuu ya kilipuzi” na “kutambua saini ya harufu ya bidhaa halisi”.

Kwa nini viigaji vya harufu vilishindwa hapo awali?

Kuna vifaa mbalimbali vya harufu ya C4 vinavyouzwa ambavyo hutegemea dutu moja tete au huchanganya misombo mingi tete. Hata hivyo, tafiti za awali zimeonyesha tatizo la pande mbili:

• Mbwa waliofunzwa kwa kilipuzi halisi mara nyingi hawaziitikii harufu bandia za kibiashara.
• Mbwa waliofunzwa kwa kiigaji cha harufu hawafanyi ujumlishaji wa kuaminika kwenda kwenye kilipuzi halisi.

Hali hii inaonyesha kuwa haitoshi tu kuchanganya kemikali zinazojulikana kuwamo ndani ya kilipuzi. Kuwepo kwa kiwanja kwa kiwango kikubwa katika uchanganuzi wa kemikali hakumaanishi lazima kiwe muhimu kimtazamo kwa mbwa. Kinyume chake, dutu iliyo katika kiwango cha chini sana inaweza kuwa mojawapo ya vipengele vinavyotawala katika mtazamo wa mchanganyiko ikiwa kizingiti cha kunusa cha mbwa kwa dutu hiyo ni cha chini sana.

Mbinu ya Kitengo cha Thamani ya Harufu

Ubunifu mkuu wa utafiti ni kuhamisha mbinu ya Kitengo cha Thamani ya Harufu, inayotumiwa katika sayansi ya chakula na utafiti wa harufu, kwenda kwenye utambuzi wa vilipuzi kwa mbwa.

Uhusiano wa msingi uliotumiwa katika utafiti ni huu:

\[ OVU_i = \frac{C_i}{T_i} \]

Hapa:

• OVU_i ni Kitengo cha Thamani ya Harufu cha kiwanja tete namba i,
• C_i ni kiwango cha kiwanja kilichopimwa katika nafasi ya kichwa ya C4,
• T_i ni kizingiti cha mbwa cha kugundua harufu kwa kiwanja hicho hicho.

Ikiwa thamani ya OVU ni zaidi ya 1, kiwanja hicho kiko juu ya kizingiti cha kugunduliwa na mbwa katika kiwango kilichopimwa na kinaweza kuchangia katika mtazamo wa wasifu wa jumla wa harufu. Ikiwa OVU ni chini ya 1, kiwanja hicho kinaweza kuwa chini ya kizingiti cha mbwa kinapokuwa peke yake. Hata hivyo, kwa sababu misombo katika harufu tata huingiliana, haiwezi kuhitimishwa kuwa misombo yenye thamani chini ya 1 haina umuhimu kabisa.

Mantiki ya mbinu hii ni kwamba utambulisho wa harufu hauamuliwi na jumla yenye uzito sawa ya dutu zote ndani yake. Kinachohusika ni jinsi kila kiwanja kinavyojitokeza kwa mfumo wa kibaolojia wa utambuzi.

Kwa nini mfano wa stroberi ni muhimu?

Watafiti walitumia mfano wa stroberi kutoka fasihi ya sayansi ya chakula kueleza mbinu hiyo. Ingawa stroberi hutoa takribani misombo tete 360 tofauti, mfumo wa hisia wa binadamu una unyeti mkubwa kwa sehemu ndogo tu ya misombo hiyo. Takribani misombo 12 ya msingi iliyochanganywa katika viwango sahihi iliweza kutambuliwa na paneli za hisia kuwa inafanana sana na harufu ya stroberi halisi.

Utafiti ulitumia mantiki hiyo hiyo kwa C4: badala ya kunakili kila kiwanja katika nafasi ya kichwa ya kilipuzi halisi, kuchagua misombo inayoweza kutambuliwa na kutofautishwa na mbwa na kujaribu kuikaribisha kwa uwiano sahihi.

Kwa nini aina za C4 zinaweza kunuka tofauti?

Utafiti ulihusisha aina tofauti za C4 kama C4-A, C4-B, C4-C na C4-Bofors. Ingawa zote zinaainishwa kama C4, wasifu wa nafasi ya kichwa si sawa kwa sababu ya mtengenezaji, umri, fomula, viashiria na uchafu.

Jedwali la OVU la utafiti linaonyesha kuwa umuhimu wa kimtazamo wa misombo kama cyclohexanone, 2-ethyl-1-hexanol, DMNB, nonanal, hexadecane na nonadecane unaweza kutofautiana kati ya aina tofauti za C4. Kwa mfano, baadhi ya misombo huwa juu sana ya kizingiti cha mbwa katika aina moja ya C4 lakini hubaki katika kiwango cha chini katika aina nyingine.

Hali hii inaeleza kwa nini ni vigumu kutengeneza “harufu moja ya C4 kwa wote”. Mbwa anaweza kujifunza si tu harufu ya jumla inayoshirikiwa na kundi la C4, bali pia muundo wa kina wa harufu wa sampuli maalum alizokutana nazo wakati wa mafunzo.

Ni mbwa gani waliotumiwa katika jaribio la maabara?

Katika jaribio la kwanza, mbwa wanane waliokuwa tayari na mafunzo ya harufu walitumiwa. Mbwa wote walijaribiwa katika Texas Tech University Canine Olfaction Research and Education Laboratory. Taratibu za utafiti ziliidhinishwa na kamati ya taasisi ya utunzaji na matumizi ya wanyama.

Mbwa wanne walifunzwa kwa C4-A na mbwa wanne kwa C4-B. Katika hatua za baadaye, mbwa wa kundi la C4-B pia walijifunza aina nyingine ya C4 iitwayo C4-Bofors.

Olfaktomita ilifanyaje kazi?

Mbwa walijaribiwa katika mfumo wa olfaktomita unaopunguza harufu kwa hewa. Mfumo huo ulikuwa na olfaktomita tatu huru, na kila kifaa kilitumia vali 12 za solenoidi. Hewa iliyochujwa ilibeba nafasi ya kichwa ya chupa ya harufu kupitia mirija ya polytetrafluoroethylene kwenda sehemu ya kuchanganya na kisha kuifikisha kwenye tundu la harufu.

Vihisi vya infrared vilirekodi kiotomatiki kama mbwa aliingiza pua yake kwenye tundu. Mbwa alichukuliwa kuwa ametoa tahadhari aliposhikilia pua yake kwa sekunde 3 katika tundu lenye harufu lengwa.

Mfumo wa kompyuta:

• ulichagua kwa nasibu tundu ambalo harufu lengwa ingewasilishwa,
• ulisawazisha uwasilishaji kati ya vifaa,
• ulirekodi kiotomatiki tabia ya mbwa ya kunusa tundu,
• uliwezesha mpangilio wa jaribio lililopofushwa ili kupunguza athari ya mtafiti.

Makundi matatu ya harufu

Katika jaribio, harufu ziligawanywa katika makundi matatu:

1. Harufu zilizofunzwa: Aina halisi za C4 ambazo mbwa walipewa zawadi walipoitikia kwa usahihi.
2. Harufu za uchunguzi: Viigaji vya C4, vilipuzi ambavyo hawakufunzwa, na harufu nyingine za majaribio zilizowasilishwa kupima ujumlishaji. Uwasilishaji huu haukupewa zawadi.
3. Harufu za kupotosha: Vitu vya nyumbani, viungo na harufu nyingine zisizo lengwa. Zilitumiwa kudhibiti kama mbwa walikuwa wakitoa tahadhari kwa nasibu tu kwa harufu mpya au za kemikali.

Kwa nini majaribio ya uchunguzi hayakupewa zawadi?

Watafiti walitaka kupima kama mbwa walikuwa wakifanya ujumlishaji wa hiari kutoka C4 halisi kwenda kwenye kiigaji. Ikiwa mwitikio kwa kiigaji ungepewa zawadi, mbwa angeweza kujifunza haraka harufu hiyo kama lengo jipya tofauti. Katika hali hiyo, tabia iliyopimwa isingekuwa ujumlishaji kutoka kilipuzi halisi kwenda kwenye kiigaji, bali kujifunza moja kwa moja harufu mpya.

Kwa hiyo, katika majaribio ya uchunguzi, mwitikio wa mbwa haukuwekewa alama kama sahihi au usio sahihi na hakuna zawadi iliyotolewa.

Kwa nini uimarishaji wa vipindi ulitumiwa?

Hapo awali mbwa walipewa zawadi katika majibu yote sahihi. Baada ya kuanza kupata harufu lengwa kwa usahihi wa zaidi ya %90, kiwango cha uimarishaji kilipunguzwa hatua kwa hatua hadi %60.

Kwa njia hii mbwa alijifunza kutotarajia zawadi lazima baada ya kila mwitikio sahihi. Mpangilio huu ulizuia majaribio ya uchunguzi yasiyo na zawadi kutambulika mara moja kwa mbwa na kuruhusu vipimo vya ujumlishaji kufanywa kwa kuaminika zaidi.

Jaribio 1.1: Viigaji vya aina maalum za C4

Mbwa wote wanne waliofunzwa kwa C4-A walitoa tahadhari katika uwasilishaji wote wanne wa C4-A Kiigaji 1. Kiwango cha mwitikio katika kukutana kwa kwanza kilikuwa %100. Matokeo haya yanaonyesha kwamba katika mtazamo wa kwanza, kiigaji kilionekana kwa mbwa kuwa sawa sana na C4-A halisi.

Mbwa waliofunzwa kwa C4-B waliitikia kiigaji cha C4-B kwa kiwango cha %56 tu. Ingawa mbinu hiyo hiyo ya utengenezaji ilitumika, kiigaji cha C4-B hakikuunda upya C4-B halisi kwa kiwango cha kutosha katika mtazamo wa mbwa.

Makundi yote mawili yalionyesha ujumlishaji wa wastani wa takribani %56–68 kwa aina halisi za vilipuzi ambazo hayakuwa yamefunzwa. Viwango hivi vilikuwa chini kwa kiasi kikubwa kuliko mwitikio kwa malengo yao ya mafunzo.

Mbwa walionyesha mwitikio mdogo hadi wa wastani kwa 2-ethyl-1-hexanol, kiwanja kimoja kinachopatikana katika nafasi ya kichwa ya C4. Kwa phenyl ethanol, ambayo haihusiani na vilipuzi, walionyesha mwitikio mdogo sana. Matokeo haya yanaunga mkono kwamba mbwa hawakutoa tahadhari kiholela kwa “harufu mpya ya kemikali” tu.

Jaribio 1.2: Kiigaji cha C4-Bofors

Mbwa wanne wa kundi la C4-B baadaye walifunzwa kwa C4-Bofors. Baada ya mafunzo kukamilika, waliendelea kuitikia C4-Bofors halisi kwa zaidi ya %95.

Mbwa hawa waliitikia kiigaji cha C4-Bofors kwa %81 na C4-A Kiigaji 1 kwa %93. Mwitikio kwa harufu mpya za udhibiti kama rangi ya nywele na rangi ya kucha ulikuwa takribani %5 tu.

Matokeo haya yanaonyesha kuwa mafunzo kwa zaidi ya aina moja ya C4 yanaweza kuongeza ujumlishaji kwa sifa za pamoja za harufu. Baada ya kujifunza sampuli mbili tofauti, C4-B na C4-Bofors, mbwa walionyesha mwitikio wa juu zaidi kwa kiigaji cha C4-A ambacho hawakuwa wamefunzwa nacho moja kwa moja.

Ujifunzaji wa kimtazamo na utofauti wa mifano

Katika utafiti wa ujifunzaji, watu au wanyama wanaofunzwa kwa mifano tofauti wana uwezekano mkubwa wa kujifunza sifa za pamoja za kundi badala ya kukariri mfano mmoja tu. Matokeo ya utafiti huu yanaendana na kanuni hii.

Mafunzo makali kwa sampuli moja tu ya C4 yanaweza kumfanya mbwa ajifunze uwiano maalum sana wa harufu wa sampuli hiyo pekee. Mafunzo kwa aina nyingi za C4 yanaweza kumwezesha mbwa kuelekeza umakini kwenye vipengele vya harufu vinavyoshirikiwa kati ya aina hizo.

Kwa hiyo, utafiti unasisitiza kuwa mafunzo yanayotegemea C4 halisi moja tu au kiigaji kimoja huenda yasitoe ujumlishaji wa kutosha kwa aina zote za C4.

Jaribio 1.3: Je, kiigaji kwa kweli hakikutofautishwa?

Ingawa C4-A Kiigaji 1 kilitoa mwitikio wa karibu %100 katika kukutana kwa kwanza, hilo halithibitishi kwamba kilitambuliwa kuwa sawa kabisa na C4-A halisi. Kwa hiyo, watafiti waliwasilisha kiigaji mara kwa mara na bila zawadi kwa mbwa wanane katika vikao vinne.

Katika jaribio la kwanza la kurudia, mwitikio kwa kiigaji ulipungua hadi %59, na katika kikao cha nne ukashuka hadi %41. Upungufu huo ulikuwa na maana ya kitakwimu:

\[ z = 11.67,\quad p < 0.001 \]

Matokeo haya yanaonyesha kwamba mbwa waliweza kujifunza tofauti kati ya harufu hizo mbili kwa muda. Kwa maneno mengine, kiigaji kilifanana vya kutosha na C4 halisi katika mtazamo wa kwanza, lakini kilibaki kinaweza kutofautishwa katika ulinganisho wa kina unaorudiwa.

Ujumbe mkuu wa Kielelezo 3

Grafu ya majaribio yanayorudiwa katika utafiti inaonyesha kwamba mwitikio kwa kiigaji, uliokuwa karibu %100 mwanzoni, ulipungua mfululizo kadiri vikao vilivyoendelea. Viigaji 12 vya ziada vilivyotengenezwa na watafiti havikuweza kubadili mwelekeo huu.

Kiigaji cha awali na aina zilizoundwa baadaye zilishuka katika vipimo vinavyorudiwa kutoka viwango vya takribani %50 hadi karibu sifuri. Grafu hii inaonyesha wazi mojawapo ya mapungufu muhimu zaidi ya utafiti: ujumlishaji wa juu katika kukutana kwa kwanza haumaanishi usawa wa muda mrefu wa kimtazamo.

Jaribio 1.4: Kwa nini viigaji kumi na mbili vya ziada vilitengenezwa?

Ili kuboresha C4-A Kiigaji 1, watafiti walibadilisha kiasi cha kiyeyushaji, viwango vya misombo ya msingi na baadhi ya misombo tete ya ziada iliyobainishwa katika nafasi ya kichwa ya C4-A. Jumla ya aina 12 mpya zilijaribiwa.

Hata hivyo, aina moja tu ilitoa mwitikio zaidi ya %50, takribani %53, na kiwango hiki kilibaki chini sana kuliko mwitikio wa juu wa awali uliopatikana kwa C4-A Kiigaji 1.

Matokeo haya yanaonyesha uwezekano mbili:

• Mbinu ya Kitengo cha Thamani ya Harufu huenda haikukamata peke yake ugumu wote wa kimtazamo wa harufu halisi.
• Hata kama mbinu ilikuwa sahihi, viwango vya misombo tete katika mchanganyiko wa maabara huenda havikulinganishwa kwa usahihi wa kutosha na nafasi ya kichwa ya C4 halisi.

Utafiti hauwezi kutenganisha kwa uhakika uwezekano huu mbili.

Uchanganuzi wa kemikali ulifanywaje?

Wasifu wa nafasi ya kichwa wa C4-A halisi na kiigaji kilichofanikiwa zaidi ulilinganishwa kwa kutumia mikroekstraksheni ya awamu imara pamoja na kromatografia ya gesi-spektrometria ya wingi.

Masharti makuu ya uchanganuzi yalikuwa:

• Usampulishaji wa nafasi ya kichwa: Mikroekstraksheni ya Awamu Imara,
• aina ya nyuzi: Polydimethylsiloxane,
• muda wa kusawazisha na kuchimba: saa 24,
• gesi beba: Heliamu,
• kiwango cha mtiririko: 1,0 mL/dakika,
• joto la kudunga: 265°C,
• joto la mwanzo la tanuri: 40°C,
• ongezeko la joto: 10°C kwa dakika,
• joto la mwisho: 300°C,
• muda wa jumla wa uchanganuzi: dakika 32,
• uwanda wa uchanganuzi wa wingi: m/z 45–550.

Misombo ilitambuliwa kwa kutumia maktaba ya spektra ya wingi ya NIST na, inapowezekana, kuthibitishwa kwa viwango vya nje. Ni misombo iliyopatikana katika marudio yote matatu na yenye ubora wa ulinganifu wa spektra wa angalau %80 pekee ndiyo iliyoripotiwa.

Uchanganuzi wa kemikali ulionyesha nini?

Misombo sita tete ilibainishwa katika nafasi ya kichwa ya C4-A halisi: cyclohexanone, 2-ethyl-1-hexanol, DMNB, butylated hydroxytoluene, hexadecane na nonadecane.

Katika C4-A Kiigaji 1, misombo minne ya msingi iliyolengwa ilithibitishwa kwa uchanganuzi. Hata hivyo, wingi wa jumla wa misombo hii katika kiigaji ulikuwa mkubwa kuliko katika C4-A halisi, na utofauti kati ya chupa ulikuwa mkubwa zaidi.

Hasa tofauti za viwango vya 2-ethyl-1-hexanol na cyclohexanone zilizingatiwa kuwa viashiria ambavyo mbwa wanaweza kutumia kutofautisha C4 halisi na kiigaji katika majaribio yanayorudiwa.

Kielelezo 4 kinaeleza nini?

Grafu ya nguzo zilizorundikwa inayolinganisha viwango vya misombo tete katika sampuli halisi za C4-A na chupa tatu za kiigaji inaonyesha kwamba chupa za kiigaji zinaweza kufikia jumla ya viwango vya misombo tete vilivyo juu sana kuliko nyenzo halisi.

Sampuli za kiigaji pia si sawa kati yao. Hasa katika chupa moja ya kiigaji, kiwango cha cyclohexanone ni kikubwa zaidi kuliko katika zingine. Hali hii inaonyesha kwamba kuchagua misombo sahihi ya kemikali pekee hakutoshi; uwiano na kiwango cha kutolewa kwa misombo hiyo pia vinapaswa kukaribia vilivyo katika nyenzo halisi.

Ni mbwa wangapi walitumiwa katika jaribio la kiutendaji?

Jaribio la pili lilifanywa na jumla ya mbwa 57 wa utekelezaji wa sheria wa shirikisho, jimbo na eneo waliokuwa wakifanya kazi San Antonio:

• Mbwa 27 walikuwa wameidhinishwa kwa ugunduzi wa C4.
• Mbwa 30 walikuwa wamefunzwa kwa ugunduzi wa RDX, lakini hawakuwa na historia inayojulikana ya mafunzo kwa C4 halisi.

Kila mbwa alitafuta safu mbili tofauti za masanduku 16 ya harufu. Safu moja ilikuwa na C4-A halisi, na nyingine ilikuwa na C4-A Kiigaji 1. Masanduku yaliyobaki yalikuwa na vyombo tupu au harufu mbalimbali za kupotosha.

Upofushaji na usawazishaji wa nafasi

Washughulikiaji wa mbwa na mjaribishaji aliyerekodi mwitikio wa mbwa hawakujua sanduku lengwa lilikuwa wapi. Mpangilio wa sanduku la lengo na kama C4 halisi au kiigaji kiliwasilishwa kwanza ulisawazishwa.

Mpangilio huu ulilenga kupunguza upendeleo kama vile mshughulikiaji kumpa mbwa bila kujua dokezo la mahali na nafasi fulani za sanduku kuathiri matokeo.

Matokeo ya mbwa wa kiutendaji

Kati ya mbwa 27 waliofunzwa kwa C4:

• 24 waliitikia C4-A halisi: %89.
• 24 waliitikia C4-A Kiigaji 1: %89.
• Mbwa 26 waliitikia angalau moja ya malengo hayo.
• Mbwa mmoja hakuitikia lengo lolote.

Kiwango cha mwitikio hakikutofautiana kitakwimu kati ya C4 halisi na kiigaji:

\[ z = 0.08,\quad p = 0.99 \]

Mwitikio kwa malengo yote mawili ulikuwa mkubwa kwa maana ya kitakwimu kuliko mwitikio kwa harufu za kupotosha:

\[ z_{\mathrm{C4}} = 6.31,\quad p < 0.001 \]

\[ z_{\mathrm{taklit}} = 6.51,\quad p < 0.001 \]

Maana ya Kielelezo 5

Grafu ya matokeo ya kiutendaji inaonyesha kwamba kwa mbwa waliofunzwa C4, C4 halisi na kiigaji vilitoa nguzo za mwitikio zenye kimo karibu sawa. Mwitikio kwa harufu za kupotosha ulikuwa mdogo sana.

Katika kundi la RDX, mwitikio kwa C4 halisi ulikuwa karibu sifuri na mwitikio kwa kiigaji ulikuwa sifuri. Grafu inatenganisha kwa uwazi matokeo ya historia tofauti za ujifunzaji wa kimtazamo za makundi hayo mawili ya mafunzo.

Kwa nini matokeo ya kundi la RDX ni muhimu?

Kati ya mbwa 30 waliofunzwa RDX pekee, mmoja aliitikia C4-A halisi na hakuna hata mmoja aliyeitikia kiigaji cha C4-A.

Matokeo haya yanaonyesha kwamba hata kama RDX ndiyo sehemu kuu yenye nishati ya C4, mafunzo ya harufu ya RDX hayakufanya ujumlishaji wa moja kwa moja kwenda kwenye saini ya harufu ya C4 halisi. Inaonekana kwamba mbwa walikuwa wamejifunza mchanganyiko wa misombo tete mahususi kwa uzalishaji na fomula ya C4.

Matokeo haya yanaashiria kwamba katika mafunzo ya kugundua vilipuzi, kifaa kinachowakilisha tu kiwanja kikuu chenye nishati huenda kisitoshe.

Tahadhari za uongo

Jumla ya mbwa 17 kati ya 57 walitoa angalau tahadhari moja ya uongo wakati wa jaribio, na jumla ya tahadhari 30 za uongo zilirekodiwa.

Harufu za kupotosha zilizopewa tahadhari za uongo mara nyingi zaidi zilikuwa:

Kutokuwepo kwa mwitikio mkubwa usio wa uwiano kwa mafuta ya madini, yaliyotumiwa kama kiyeyushaji katika kiigaji, kunaunga mkono kuwa mbwa hawakulenga tu dutu ya kubebea.

Athari ya sanduku la kwanza

Katika modeli ya jumla, nafasi ya sanduku haikupatikana kuwa na maana ya kitakwimu. Hata hivyo, hakuna mbwa aliyeitikia lengo wakati C4 halisi au kiigaji kilikuwa katika sanduku la kwanza.

Watafiti wanasema muundo huu unapaswa kuzingatiwa katika mafunzo. Mwanzoni kabisa mwa utafutaji, mbwa huenda bado hajaingia katika mdundo wa kazi au mshughulikiaji huenda hatarajii lengo katika sanduku la kwanza. Hata hivyo, uchunguzi huu pekee si ushahidi wa uhakika wa athari ya nafasi.

Kiigaji kinaweza kutumiwa wapi?

Kulingana na watafiti, kiigaji kilichofanikiwa zaidi kinaweza kutathminiwa kwa madhumuni yafuatayo katika mazingira ya kiutendaji ambapo matumizi ya kilipuzi halisi hayafai:

• Kupima utendaji wa timu ya mbwa wa kazi na mshughulikiaji,
• kudumisha matarajio ya mbwa ya kupata lengo katika utafutaji mrefu,
• kusaidia kuzuia kupungua kwa umakini katika mazingira ambayo lengo hupatikana mara chache sana,
• kutoa lengo salama la majaribio katika shule, viwanja vya ndege au maeneo nyeti ya umma.

Tofauti muhimu hapa ni kati ya vifaa vya majaribio na vifaa vya mafunzo. Utafiti unatoa matokeo kwamba kiigaji kinaweza kutumiwa kupima mbwa waliokwisha funzwa kwa C4. Hata hivyo, hauonyeshi kwamba mbwa asiye na uzoefu aliyefunzwa kwa kiigaji angeweza kupata C4 halisi kwa kuaminika.

Kupungua kwa umakini na uwekaji salama wa lengo

Katika utafutaji unaorudiwa ambapo mbwa hupata malengo machache sana kwa muda mrefu, wanaweza kupoteza umakini na uthabiti wa tabia ya kutafuta. Hali hii inalinganishwa na kupungua kwa umakini kunakoonekana kwa binadamu katika kazi za ulinzi na uangalizi.

Harufu salama ya lengo isiyolipuka inaweza kuwekwa kwa udhibiti katika eneo la kazi ili mbwa apate lengo halisi mara kwa mara. Hivyo inaweza kusaidia kudumisha tabia ya utafutaji. Utafiti unajadili matumizi haya yanayowezekana, lakini haukupima moja kwa moja katika majaribio haya athari ya kupunguza kupungua kwa umakini.

Modeli ya kitakwimu

Katika majaribio ya maabara, mwitikio wa mbwa katika kila jaribio uliwekwa kama matokeo ya aina mbili:

• Alitoa tahadhari,
• hakutoa tahadhari.

Kwa hiyo, modeli za athari mseto zenye usambazaji wa binomial na kiungo cha logit zilitumiwa. Mantiki ya jumla ya modeli inaweza kuonyeshwa hivi:

\[ \operatorname{logit}(p_{ij}) = \beta_0 + \beta_1 X_{ij} + u_j \]

Hapa:

• p_ij ni uwezekano wa mbwa namba j kutoa tahadhari katika hali namba i,
• β₀ ni kiwango cha jumla cha mwanzo,
• β₁ ni mgawo wa athari thabiti kama harufu iliyojaribiwa au kikao,
• u_j ni athari ya nasibu ya kila mbwa.

Mlinganyo huu umetolewa kueleza mantiki ya modeli mseto iliyotumiwa katika utafiti. Katika makala, baadhi ya modeli zimeelezwa kwa maandishi, na si migawo yote iliyowasilishwa katika mfumo wa mlinganyo.

Kuongeza mbwa kama athari ya nasibu katika modeli ni muhimu kwa sababu mbwa yule yule alishiriki katika majaribio mengi na majibu ya mtu mmoja hayako huru kabisa kutoka kwa kila mengine.

Tatizo la ukaribiaji wa modeli

Katika Jaribio 1.1, baadhi ya makundi yaliitikia harufu fulani kwa %100 au %0. Hali hii ilisababisha tatizo linaloitwa “utengano kamili” katika modeli za lojistiki za matokeo mawili na kuzuia modeli kukaribia suluhisho kwa kuaminika.

Kwa hiyo, watafiti walitumia modeli ya binomial kuonyesha wastani uliokadiriwa na vipindi vya kujiamini katika grafu, lakini kwa ulinganisho wa makundi walitumia modeli mseto ya aina ya Gauss iliyowekewa uzito kwa idadi ya majaribio katika kikao.

Maelezo haya ya kimbinu ni muhimu kwa sababu katika sampuli ndogo, viwango vya mwitikio vilivyo katika mipaka vinaweza kufanya makadirio ya migawo na variansi ya modeli za kawaida za lojistiki kutokuwa thabiti.

Nguvu za utafiti

• Kemia ya harufu na tabia ya wanyama ziliunganishwa katika muundo mmoja wa utafiti.
• Misombo tete ilichaguliwa si kwa kuzingatia tu viwango vyake, bali pia vizingiti vya utambuzi wa mbwa.
• Ujumlishaji ulipimwa bila kufundisha moja kwa moja kiigaji na kupitia majaribio ya uchunguzi yasiyo na zawadi.
• Mfumo wa maabara uliopofushwa na kudhibitiwa na kompyuta ulitumiwa.
• Harufu za kupotosha zilitumiwa kudhibiti kama mbwa walikuwa wakiitikia tu harufu mpya za kemikali.
• Baada ya mwitikio wa juu wa kwanza, majaribio yanayorudiwa yalifanywa ili kuhoji usawa halisi wa kimtazamo.
• Wasifu wa kemikali wa nafasi ya kichwa wa viigaji ulilinganishwa kwa GC-MS.
• Matokeo ya maabara yalijaribiwa katika mpangilio wa kiutendaji na mbwa 57 wa kazi.
• Mbwa waliofunzwa C4 na mbwa waliofunzwa RDX pekee walilinganishwa katika makundi tofauti.
• Imeelezwa kwamba faili za data na msimbo wa uchanganuzi wa R zilitolewa katika nyenzo za ziada.

Mapungufu ya utafiti

• Mapitio ya rika hayajakamilika: Utafiti ni preprint na haujapitia mapitio huru ya rika.
• Sampuli ya maabara ni ndogo: Mbwa wanane tu walitumiwa katika majaribio ya kwanza, na katika baadhi ya ulinganisho mbwa wanne tu.
• Kiigaji si kamili: Kwa marudio, mbwa walijifunza kutofautisha C4 halisi na kiigaji.
• Kushindwa kwa C4-B: Mbinu hiyo hiyo ya OVU haikufanikiwa kwa kiwango sawa kwa kila aina ya C4.
• Ulinganifu wa viwango haukutosha: Baadhi ya misombo tete katika nafasi ya kichwa ya kiigaji ilikuwa katika viwango vya juu na vyenye utofauti zaidi kuliko katika C4 halisi.
• Mbinu ya OVU haikulinganishwa moja kwa moja: Utengenezaji unaotegemea OVU haukujaribiwa kwa udhibiti dhidi ya mbinu nyingine za kimfumo za kutengeneza viigaji.
• Ufanisi wa mafunzo haukupimwa: Haijaonyeshwa kwamba mbwa waliofunzwa kuanzia sifuri kwa kiigaji watafanya ujumlishaji kwenda kwa C4 halisi.
• Kuna umaalumu wa aina: Kiigaji cha aina moja ya C4 huenda kisiwakilishe aina zote za C4.
• Matumizi ya sampuli chache halisi: Kufunza mbwa mara kwa mara kwa sampuli zilezile za C4-A huenda kulisababisha ujifunzaji maalum kupita kiasi.
• Jaribio la kiutendaji lilikuwa na uwasilishaji mbili tu: Kila mbwa wa kazi alikutana mara moja na C4 halisi na mara moja na kiigaji; athari ya marudio ya muda mrefu haikuchunguzwa katika kundi la kiutendaji.

Utafiti unasema nini?

• Baadhi ya viigaji vya C4 vilivyotengenezwa kwa mbinu ya OVU vinaweza kusababisha ujumlishaji wa juu katika kukutana kwa kwanza.
• Kiigaji cha C4-A kilitoa mwitikio wa %100 katika jaribio la kwanza kwa mbwa wa maabara waliofunzwa C4-A.
• Kiigaji cha C4-Bofors kilitoa mwitikio wa takribani %81.
• Kiigaji cha C4-A kilitoa kiwango sawa cha mwitikio wa %89 kama C4-A halisi katika kukutana kwa kwanza kwa mbwa wa kiutendaji waliofunzwa C4.
• Mafunzo ya RDX pekee hayakusababisha ujumlishaji wa moja kwa moja kwenda kwa C4 halisi au kiigaji cha C4.
• Kwa marudio, mbwa waliweza kujifunza tofauti kati ya kiigaji na C4 halisi.
• Mafunzo kwa zaidi ya aina moja ya C4 yanaweza kuunga mkono ujumlishaji mpana zaidi.
• Kiigaji kinaweza kuwa na manufaa kwa majaribio ya utendaji katika mazingira ambako kilipuzi halisi hakiwezi kutumiwa.

Utafiti hausimi nini?

• Hausemi kwamba kiigaji ni sawa kabisa kimtazamo na C4 halisi.
• Hauonyeshi kwamba mbwa aliyefunzwa kwa kiigaji atapata C4 halisi kwa kuaminika.
• Hauonyeshi kwamba kiigaji kinawakilisha aina zote za C4.
• Hausemi kwamba mafunzo kwa kilipuzi halisi hayahitajiki tena.
• Haithibitishi kwamba mbinu ya OVU ni bora kuliko mbinu nyingine zote za utengenezaji wa viigaji.
• Hauonyeshi kwamba kiigaji kitaendelea kutoa utendaji ule ule katika matumizi ya muda mrefu au ya mara kwa mara.
• Hauonyeshi kwamba kiigaji pekee kinaweza kuchukua nafasi ya viwango vya uthibitishaji wa kiutendaji.
• Hautoi hakikisho kwamba kila mbwa wa kazi ataitikia kiigaji kwa njia ile ile.

Umuhimu wake kwa zamani, leo na siku zijazo

Hapo awali, vifaa vya harufu ya vilipuzi kwa kiasi kikubwa vilitegemea kuchagua dutu fulani tete au kuhamisha harufu ya nyenzo halisi kwenda kwenye uso mwingine. Utafiti huu unapendekeza mbinu yenye msingi zaidi wa kibaolojia kwa kuunganisha uchanganuzi wa kemikali na kizingiti cha utambuzi cha spishi husika.

Kwa sasa, matokeo muhimu zaidi ni uwezekano wa kutoa lengo salama kwa kupima utendaji wa mbwa wa kazi waliofunzwa C4 katika mazingira ambako kutumia C4 halisi haiwezekani kwa sababu za kisheria au usalama.

Kwa ajili ya kutengeneza viigaji bora zaidi siku zijazo, hatua zifuatazo zinatajwa kuwa muhimu:

• Kulinganisha kwa usahihi zaidi viwango vya nafasi ya kichwa vya kilipuzi halisi na kiigaji,
• kutumia kwa pamoja mbinu nyingi za uchanganuzi wa sampuli,
• kulinganisha sampuli za C4 kutoka kwa wazalishaji na umri tofauti,
• kupima uthabiti wa kimtazamo wa viigaji katika matumizi yanayorudiwa,
• kujaribu moja kwa moja kama mbwa waliofunzwa kwa kiigaji wanafanya ujumlishaji kwenda kwa C4 halisi,
• kutathmini mchanganyiko wa aina nyingi badala ya kiigaji kimoja,
• kufanya uthibitishaji huru kwa sampuli kubwa zaidi za mbwa.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Muhtasari wa kiufundi wa muundo wa utafiti

Kitengo cha Thamani ya Harufu

\[ OVU_i = \frac{C_i}{T_i} \]

• C_i: Kiwango cha kiwanja tete katika nafasi ya kichwa
• T_i: Kizingiti cha mbwa cha kugundua harufu kwa kiwanja husika
• OVU > 1: Kiwanja kinaweza kuwa juu ya kizingiti cha utambuzi cha mbwa
• OVU < 1: Kiwanja kikiwa peke yake kinaweza kuwa chini ya kizingiti cha utambuzi

Matokeo ya Jaribio 1.1

Matokeo ya Jaribio 1.2

Matokeo ya Jaribio 1.3 na 1.4

Upungufu wa mwitikio kwa muda ulikuwa na maana:

\[ z = 11.67,\quad p < 0.001 \]

Hakukuwa na tofauti yenye maana kati ya miteremko ya kupungua ya C4-A Kiigaji 1 na aina nyingine za viigaji:

\[ z = 1.42,\quad p = 0.16 \]

Matokeo ya jaribio la kiutendaji

Tofauti kati ya nyenzo halisi na kiigaji kwa mbwa waliofunzwa C4:

\[ z = 0.08,\quad p = 0.99 \]

Athari ya nafasi:

\[ z = 0.61,\quad p = 0.54 \]

Athari ya mpangilio wa uwasilishaji:

\[ z = 1.71,\quad p = 0.08 \]

Hitimisho kuu za kisayansi

1. Uchaguzi wa misombo tete uliowekewa uzito kulingana na mtazamo wa mbwa uliunda ujumlishaji wenye nguvu wa kwanza kwa baadhi ya aina za C4.
2. Mbinu hiyo hiyo haikufanikiwa kwa kiwango sawa katika aina zote za C4.
3. Mwitikio wa juu wa kwanza haumaanishi kwamba harufu hizo haziwezi kutofautishwa kabisa.
4. Uwasilishaji unaorudiwa bila zawadi uliwawezesha mbwa kutofautisha kiigaji na C4 halisi.
5. Mafunzo kwa zaidi ya aina moja ya C4 huenda yaliongeza ujumlishaji kwa sifa za pamoja za harufu.
6. Mafunzo ya RDX hayakuwakilisha saini kamili ya harufu ya C4.
7. Kiigaji kilichofanikiwa zaidi kilitoa katika jaribio la kwanza kwa mbwa wa kiutendaji waliofunzwa C4 mwitikio sawa na C4 halisi.
8. Matumizi ya kiigaji kwa madhumuni ya mafunzo bado hayajathibitishwa.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Maudhui haya yanatokana na utafiti wenye kichwa “Development of a C4 Odor Mimic for Explosive-Detection Canines” uliotayarishwa na C.T. Lambert, G.N. Cupp, M.S. Bower, A.D. Da Fonseca, A.C. Medrano, P.A. Prada-Tiedemann, E.O. Aviles-Rosa na N.J. Hall.

Utafiti uliwekwa wazi kwenye SSRN kama makala ya utafiti ya preprint. Maandishi yana kauli ya wazi “This preprint research paper has not been peer reviewed”. Kwa hiyo, matokeo hayapaswi kuchukuliwa kama matokeo ya mwisho yaliyopitia mapitio ya rika na kuthibitishwa kwa kujitegemea.

Utafiti unajumuisha majaribio ya harufu ya maabara yaliyodhibitiwa, uchanganuzi wa misombo tete na majaribio yanayofanana na mazingira ya uwanja kwa mbwa wa kiutendaji. Mbwa wanane walitumiwa katika hatua ya maabara na mbwa 57 wa kugundua vilipuzi katika hatua ya kiutendaji.

Utafiti unaunga mkono kwamba kiigaji cha C4-A kilichotengenezwa kinaweza kutumiwa kupima utendaji wa mbwa waliopo ambao tayari wamefunzwa C4. Hata hivyo, hauonyeshi kwamba mbwa wapya waliofunzwa kwa kiigaji wataweza kupata C4 halisi kwa kuaminika. Kwa hiyo, utafiti hauthibitishi kwamba mafunzo kwa kilipuzi halisi yanaweza kubadilishwa kabisa na kiigaji.

Kiigaji si sawa kikamilifu na C4 halisi. Imeonyeshwa kwamba kwa marudio mbwa wanaweza kutofautisha kiigaji na C4 halisi. Zaidi ya hayo, kwa C4-B mbinu hiyo hiyo ya utengenezaji haikutoa mafanikio ya kutosha.

Makala hii imeandaliwa kwa kutegemea tu mbinu, data na tafsiri zilizomo katika utafiti wa kisayansi uliopakiwa. Haijaongezwa madai ambayo hayamo katika utafiti kuhusu dhamana ya usalama wa kiutendaji, dhamana ya mafanikio ya mafunzo, ujanibishaji kwa aina zote za C4 au uafiki wa uthibitishaji.