Mejorar la velocidad y la seguridad de los controles de seguridad en los aeropuertos

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Durante décadas, los aeropuertos de todo el país han empleado narices caninas sensibles para detectar explosivos ocultos. Si bien esta flota de cuatro patas ha sido efectiva y eficiente, los investigadores aún tienen que construir un método mecánico que pueda imitar sus habilidades.

Sasha Wrobel y Ta-Hsuan Ong están liderando un equipo de investigadores del Grupo de Tecnologías Químicas y Biológicas del Laboratorio Lincoln del MIT para tratar de encontrar una manera. La investigación del equipo se basa en el trabajo en curso del laboratorio para crear y utilizar un espectrómetro de masas para ayudar a entrenar perros detectores de bombas, un proyecto que cuenta con el apoyo del Programa Canino de Detección de la Dirección de Ciencia y Tecnología (S&T) del Departamento de Seguridad Nacional (DHS). Wrobel y Ong están utilizando el espectrómetro para medir vapores explosivos a fin de comprender los requisitos para crear un sistema operativo de detección de explosivos. Este sistema trabajaría en conjunto con la flota canina para mejorar los actuales sistemas de seguridad aeroportuaria.

El DHS S&T también patrocina este trabajo a través del programa de detección de rastros de explosivos de próxima generación (NextGen ETD), que se lanzó para mantenerse a la vanguardia del panorama en evolución del desarrollo de explosivos por parte de adversarios tanto dentro como fuera del país.

Huellas de vapor

Los aeropuertos tienen dos capas de control de equipaje de mano. Una es cuando los pasajeros colocan sus pertenencias en una cinta transportadora que pasa por una máquina de rayos X. Otro es cuando una bolsa es empujada hacia un lado y un agente de la Administración de Seguridad del Transporte (TSA, por sus siglas en inglés) abre la bolsa para verificar el contenido y usa un hisopo en la bolsa para buscar residuos de explosivos. En algunos casos, los caninos también desempeñan un papel en el control de seguridad como complemento del hisopado.

Mientras que los hisopos detectan residuos explosivos a través del contacto y el análisis químico, los caninos los detectan olfateando en busca de firmas de vapor. El aire está lleno de partículas y gases, como agua, acetona de plantas y árboles, e incluso etanol del desinfectante para manos. Los explosivos también dejan su huella en el aire. La detección sin contacto que utiliza estas firmas de vapor tiene el potencial de ser mucho más rápida que los hisopos. Wrobel, Ong y el equipo buscan comprender las especificaciones tecnológicas necesarias para hacer esto mediante la recopilación de datos de firma con el espectrómetro.

"El espectrómetro de masas toma muestras del aire alrededor de un artículo y luego ioniza los vapores emitidos por la muestra", dice Wrobel. "Dependiendo de cómo se ionicen estos productos químicos, podemos identificar los vapores químicos mediante el análisis de los patrones de masa, carga y fragmentación informados en los datos de espectros de masas".

Hasta ahora, el equipo de investigación ha llevado a cabo tres fases de pruebas. Las pruebas se realizaron en el campo de pruebas de explosivos de la Universidad de Rhode Island, que es parte del programa de Concientización y Localización de Amenazas Relacionadas con Explosivos (ALERT) de la Universidad del Noreste, un Centro de Excelencia del DHS de varias universidades. En el campo de tiro, el equipo usó el espectrómetro de masas para medir el aire alrededor de casi 100 muestras explosivas diferentes ocultas en varias configuraciones de empaque.

Recolectaron varios miles de mediciones para comprender cómo las diferentes configuraciones de muestra influyen en las firmas de vapor de los explosivos ocultos. El equipo también planea usar estos datos para evaluar cómo los algoritmos de procesamiento de datos impactan en el desempeño de los instrumentos y la detección.

El objetivo final es utilizar los datos que el equipo recopiló para crear una lista de requisitos para desarrollar un instrumento operativo. El DHS puede usar esta lista para decidir cómo proceder al contactar a los socios de la industria para desarrollar la tecnología necesaria y coordinar sus esfuerzos con otros similares en Europa, liderados por la Conferencia Europea de Aviación Civil. Si bien hay mucho más trabajo por hacer antes de que el equipo pueda comprender completamente lo que se necesita para construir un sistema de detección sin contacto, tienen esperanzas.

"El desarrollo y la mejora de métodos para la detección de explosivos agilizaría la experiencia y la seguridad de los pasajeros durante el control de seguridad del aeropuerto, al tiempo que respaldaría la tecnología para mantenerse resistente frente a amenazas de seguridad nuevas y en evolución", dice Wrobel.

Detección desde todos los ángulos

La investigación de detección de vapor es solo un ejemplo de la participación del laboratorio en el programa NextGen ETD. El Grupo de Tecnologías Biológicas y Químicas también participa en un proyecto para crear hisopos más efectivos para los puntos de control de seguridad y está explorando si los láseres infrarrojos podrían usarse para detectar partículas explosivas en el equipaje.

"La tecnología central se llama imágenes infrarrojas de onda larga", dice Bill Barney, quien dirige el programa de láser infrarrojo. "Utiliza un láser que se escanea sobre una superficie, y la luz láser dispersada tiene un espectro. Algunas de las longitudes de onda de la luz en ese espectro son absorbidas por explosivos, lo que significa que el espectro contiene una huella digital del explosivo que podemos detectar."

Sin embargo, el método de infrarrojos se complica por el desorden y las falsas alarmas. Algunos materiales absorben la luz de forma similar a los explosivos, por lo que es necesario poder diferenciarlos. Barney y su equipo recurrieron al aprendizaje automático para resolver este problema, que es mejor para desentrañar datos complejos y establecer conexiones entre puntos de datos que los humanos pueden no ver.

"El año pasado, tuvimos mucho éxito en la detección de bajos niveles de explosivos en nuestras muestras de prueba, lo cual es prometedor", dice Barney. "Pero queda mucho por hacer en ingeniería y ciencia antes de poder hacer que este tipo de sistema funcione en un aeropuerto".

Rod Kunz, líder asociado del Grupo de Tecnologías Biológicas y Químicas, dice que la participación de Lincoln Laboratory en el programa NextGen ETD llena un nicho importante.

"Los principales participantes en este programa son la industria, empresas que venden cosas a la TSA para usar en los aeropuertos", dice Kunz. "Nuestro papel es tratar de entender si otras tecnologías funcionarían para las necesidades de los aeropuertos, si hay otros conceptos avanzados que deberían enviarse a la industria para que respondan, o si hay direcciones que la industria simplemente no cree que valga la pena seguir". que el laboratorio podría estar intentando en su lugar. Estamos tratando de llenar los vacíos que la industria y los procesos normales de adquisición no pueden hacer".

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