Verbesserung der Geschwindigkeit und Sicherheit der Sicherheitskontrollen am Flughafen

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Seit Jahrzehnten setzen Flughäfen im ganzen Land empfindliche Hundenasen ein, um versteckte Sprengstoffe aufzuspüren. Während diese vierbeinige Flotte effektiv und effizient war, müssen Forscher noch eine mechanische Methode entwickeln, die ihre Fähigkeiten nachahmen kann.

Sasha Wrobel und Ta-Hsuan Ong leiten ein Forscherteam der Biological and Chemical Technologies Group des MIT Lincoln Laboratory, um einen Weg zu finden. Die Forschung des Teams baut auf der laufenden Arbeit des Labors auf, ein Massenspektrometer zur Ausbildung von Bombenspürhunden zu entwickeln und zu nutzen, ein Projekt, das vom Science and Technology Directorate (S&T) Detection Canine Program des Department of Homeland Security (DHS) unterstützt wird. Wrobel und Ong verwenden das Spektrometer zur Messung explosiver Dämpfe, um die Anforderungen für die Schaffung eines betriebsfähigen Sprengstofferkennungssystems zu verstehen. Dieses System würde mit der Hundeflotte zusammenarbeiten, um die aktuellen Sicherheitssysteme des Flughafens zu verbessern.

Das DHS S&T fördert diese Arbeit auch durch das Next-Generation Explosives Trace Detection (NextGen ETD)-Programm, das ins Leben gerufen wurde, um der sich entwickelnden Landschaft der Sprengstoffentwicklung durch Gegner innerhalb und außerhalb des Landes immer einen Schritt voraus zu sein.

Dampfspuren

Auf Flughäfen gibt es zwei Ebenen der Handgepäckkontrolle. Zum einen legen Passagiere ihre Sachen auf ein Förderband, das durch ein Röntgengerät läuft. Ein anderer Fall ist, wenn eine Tasche zur Seite geschoben wird und ein Agent der Transportation Security Administration (TSA) die Tasche öffnet, um den Inhalt zu überprüfen, und mit einem Tupfer auf der Tasche nach explosiven Rückständen sucht. In einigen Fällen spielen Eckzähne auch eine Rolle bei der Sicherheitskontrolle als Ergänzung zum Abstrich.

Während die Tupfer explosive Rückstände durch Kontakt und chemische Analyse erkennen, erkennen Hunde sie, indem sie nach Dampfsignaturen schnüffeln. Die Luft ist voller Partikel und Gase wie Wasser, Aceton aus Pflanzen und Bäumen und sogar Ethanol aus Händedesinfektionsmitteln. Auch Sprengstoffe hinterlassen ihre Spuren in der Luft. Die berührungslose Erkennung, die diese Dampfsignaturen nutzt, kann möglicherweise viel schneller sein als Tupfer. Wrobel, Ong und das Team versuchen, die dafür erforderlichen Technologiespezifikationen zu verstehen, indem sie Signaturdaten mit dem Spektrometer sammeln.

„Das Massenspektrometer untersucht die Luft um einen Gegenstand und ionisiert dann die von der Probe abgegebenen Dämpfe“, sagt Wrobel. „Abhängig davon, wie diese Chemikalien ionisieren, können wir die chemischen Dämpfe identifizieren, indem wir die Massen-, Ladungs- und Fragmentierungsmuster analysieren, die in den Massenspektrendaten angegeben sind.“

Bisher hat das Forschungsteam drei Testphasen durchgeführt. Die Tests wurden im Sprengstofftestbereich der University of Rhode Island durchgeführt, der Teil des ALERT-Programms (Awareness and Localization of Explosives-Related Threats) der Northeastern University ist, einem multiuniversitären DHS-Kompetenzzentrum. Vor Ort nutzte das Team das Massenspektrometer, um die Luft um fast 100 verschiedene Sprengstoffproben zu messen, die in verschiedenen Verpackungskonfigurationen verborgen waren.

Sie sammelten mehrere tausend Messungen, um zu verstehen, wie die unterschiedlichen Probenkonfigurationen die Dampfsignaturen verborgener Sprengstoffe beeinflussen. Das Team plant außerdem, diese Daten zu nutzen, um zu bewerten, wie sich Datenverarbeitungsalgorithmen auf die Geräte- und Erkennungsleistung auswirken.

Das Endziel besteht darin, die vom Team gesammelten Daten zu nutzen, um eine Liste von Anforderungen für die Entwicklung eines Betriebsinstruments zu erstellen. Das DHS kann anhand dieser Liste entscheiden, wie es bei der Kontaktaufnahme mit Industriepartnern zur Entwicklung der erforderlichen Technologie und bei der Koordinierung ihrer Bemühungen mit ähnlichen Unternehmen in Europa unter der Leitung der Europäischen Zivilluftfahrtkonferenz vorgehen soll. Obwohl es noch viel zu tun gibt, bevor das Team vollständig verstehen kann, was nötig ist, um ein berührungsloses Erkennungssystem aufzubauen, sind sie zuversichtlich.

„Die Entwicklung und Verbesserung von Methoden zur Sprengstoffdetektion würde das Passagiererlebnis und die Sicherheit bei der Sicherheitskontrolle am Flughafen optimieren und gleichzeitig die Technologie unterstützen, um gegenüber neuen und sich entwickelnden Sicherheitsbedrohungen widerstandsfähig zu bleiben“, sagt Wrobel.

Aus allen Blickwinkeln erkennen

Die Dampfdetektionsforschung ist nur ein Beispiel für die Beteiligung des Labors am NextGen ETD-Programm. Die Biological and Chemical Technologies Group ist außerdem an einem Projekt zur Entwicklung effektiverer Tupfer für Sicherheitskontrollpunkte beteiligt und untersucht, ob Infrarotlaser zur Erkennung explosiver Partikel auf Gepäckstücken eingesetzt werden könnten.

„Die Kerntechnologie heißt Langwellen-Infrarot-Bildgebung“, sagt Bill Barney, der das Infrarot-Laserprogramm leitet. „Es wird ein Laser verwendet, der über eine Oberfläche gescannt wird, und das gestreute Laserlicht hat ein Spektrum. Einige der Wellenlängen des Lichts in diesem Spektrum werden von Sprengstoffen absorbiert, was bedeutet, dass das Spektrum einen Fingerabdruck des Sprengstoffs enthält, den wir erkennen können.“ erkennen.“

Allerdings wird die Infrarot-Methode durch Unordnung und Fehlalarme erschwert. Einige Materialien absorbieren das Licht ähnlich wie Sprengstoffe, daher besteht die Notwendigkeit, sie unterscheiden zu können. Barney und sein Team haben sich zur Lösung dieses Problems dem maschinellen Lernen zugewandt, das komplexe Daten besser entschlüsseln und Verbindungen zwischen Datenpunkten herstellen kann, die Menschen möglicherweise nicht sehen.

„Letztes Jahr konnten wir in unseren Testproben sehr erfolgreich geringe Mengen an Sprengstoff nachweisen, was vielversprechend ist“, sagt Barney. „Aber es muss noch viel technischer und wissenschaftlicher Aufwand betrieben werden, bevor man ein solches System auf einem Flughafen zum Laufen bringen kann.“

Rod Kunz, stellvertretender Leiter der Biological and Chemical Technologies Group, sagt, dass die Beteiligung des Lincoln Laboratory am NextGen ETD-Programm eine wichtige Nische füllt.

„Die Hauptakteure dieses Programms sind Unternehmen aus der Industrie – Unternehmen, die Dinge an die TSA verkaufen, um sie auf Flughäfen zu verwenden“, sagt Kunz. „Unsere Aufgabe besteht darin, zu verstehen, ob andere Technologien für die Bedürfnisse von Flughäfen funktionieren würden, ob es andere fortschrittliche Konzepte gibt, die der Industrie zur Reaktion vorgelegt werden sollten, oder ob es Richtungen gibt, die die Industrie einfach nicht für lohnenswert hält, verfolgt zu werden.“ dass das Labor es stattdessen versuchen könnte. Wir versuchen, die Lücken zu schließen, die die Industrie und die normalen Beschaffungsprozesse nicht schließen können.“

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