2017年8月，哈维飓风席卷德克萨斯州及周边海湾各州，留下了创纪录的3000万加仑迅速被污染的水，联邦应急管理署（FEMA）进入了备勤状态。在卫生与公众服务部和海岸警卫队等各联邦机构人员中，有众多城市搜救队——他们在大规模危机中搜寻人员方面是专家，无论人们是被困在屋顶上，还是深埋在瓦砾之下。
尽管他们经验丰富，但这些搜救人员并非孤军奋战。他们配备了听力设备、热成像设备，最重要的是，还有一些忠诚的嗅探犬。“我们将狗用作搜寻工具，”纽约市警察局K9部门的斯科特·马特亚苏克说。“狗能在建筑倒塌下搜寻到活人的气味。”在FEMA的工作中，他帮助培训和部署全国各地的搜救犬。FEMA本质上是由一群在危机时动员起来的应急响应专家组成的联合体。
尽管犬类搜救是识别被困在灾难废墟中人员的经过检验且相当可靠的方法，但分析化学家们多年来一直在实验室里研究开发一种机器人替代品。他们认为，一种合成嗅探器可能比狗更可靠，更能抵御高温和潮湿等外部压力，而且携带也更加方便。（截至本文撰写时，你无法用无人机携带狗。）但尽管学术界对此感到兴奋，一线搜救人员仍然持怀疑态度。
人类最好的朋友——也是工具
人类至少从公元中世纪就开始利用犬类的嗅觉了。警犬的起源可以追溯到中世纪的教区治安官，他们除了维护宫殿外，还使用猎犬——被称为“slough dogs”或“sleuths”——来追捕逃犯。17世纪，居住在瑞士大圣伯纳山口的僧侣们使用狗来寻找在雪中迷路的朝圣者。这些救命的狗后来与其他犬种杂交，繁育出了体型更重、脸颊更丰满的后代——圣伯纳犬。到了19世纪之交，更科学的训练犬类搜救队伍的努力已经开始。比利时根特市于1889年建立了被认为是第一所警犬训练学校。到了第一次世界大战，军方开始训练狗来搜寻受伤的士兵。
千年后，基本技术——也就是狗——基本没变。狗有惊人的嗅觉能力，鼻腔内嗅觉细胞的密度是人类鼻子的100倍。人类呼吸和嗅闻通过同一系统，而狗在吸气或呼气时，空气会通过两条不同的通路，一条用于呼吸，另一条则专门用于嗅闻。它们还有另一个秘密：一个人类似乎完全缺乏的信息素探测装置。综合来看，这种特殊的鼻子使狗能够感知到十亿分之一（parts per trillion）的化合物——当它们的人类训导员需要它们分辨出失踪人员的微弱气味时，这种能力非常有用。
这意味着，过去和现在的搜救犬在关键区别在于训练。马特亚苏克说，FEMA的搜救犬总数大约有285只“活体搜寻”犬，它们被训练成在发现活人时发出叫声，还有85只遗体犬，擅长识别死者。这些狗品种各异：大约60%是拉布拉多寻回犬。其次受欢迎的是比利时马里努阿犬，占FEMA相关犬只的约14%。其他机构也有自己的狗：例如，交通安全管理局（TSA）在全国机场部署了1000只狗。狗还被训练来追踪入侵物种，并且初步研究正在评估它们检测癌症的能力。
FEMA认证的城市搜救犬必须完成冗长的训练课程，并在毕业后通过验证过程才能上岗。整个过程有时长达两年——而且这还得假设它们有机会接受训练。如今，潜在的搜救犬会受到严格的筛选（这里有个双关语）。“9·11事件后，我们非常重视在犬只参加这些不同项目之前对其进行测试，”马特亚苏克说。他们首先寻找的是他称之为“狩猎本能”的东西，这也可以被描述为一种渴望取悦的病态需求。虽然任何狗都能从城市搜救训练中学到东西，但为了奖励而寻找东西（任何东西）的基本驱动力是无法教会的。
要衡量这些精英城市搜救犬的真实成功率仍然很困难，因为了解一只狗是否成功找到了所有遇险人员的唯一方法是通过模拟演习。在哈维飓风或波士顿马拉松爆炸案之类的真实场景中，狗只能通过它们找到的人数来衡量；而它们*没*找到的人数可能永远无人知晓。
然而，关于城市搜救模拟的研究令人鼓舞。2015年发表在《野外与环境医学》杂志上的一项研究，分析了在英格兰进行的为期四个月的25次实验，涉及10对狗和训导员。研究人员发现，在模拟搜救环境中，狗的成功率为76.4%，尽管他们也指出，一些成功被高误报率抵消了——狗有时会对错误的事物吠叫，这理论上可能会耽误它们找到正确的目标。其他在模拟搜救环境中对狗进行的实验研究发现，成功率高达95%。
“犬类非常独特的一点是它们能够在很短的时间内覆盖大片倒塌区域，”马特亚苏克说。“到目前为止，还没有技术能够做到这一点。”
老狗能教人类新把戏吗？
尽管马特亚苏克和FEMA的许多犬类训导员对他们的狗所做的工作感到满意，甚至自豪，但一些科学家认为，搜救机器人有一天可能会提供一种更快、更有效的方式来识别灾难中的受害者。前提是它们能够正确模拟嗅觉。
Sotiris Pratsinis是瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的一名工艺工程和材料科学教授，该学院是一所科技大学，位于大圣伯纳山口以北约3小时路程。在最近发表在《分析化学》杂志上的一项研究中，Pratsinis及其同事分享了关于一种能够嗅探被困人员的便携式设备的初步研究结果。
该设备与其说像一个搜救机器人狗，不如说是一个装有传感器阵列的金属盒子。Pratsinis协助开发的这套系统能够检测人体呼吸和皮肤中的常见化学物质，如丙酮、氨、异戊二烯和二氧化碳。它还能检测相对湿度的变化，因为人体口鼻区域通常比周围环境更湿润。理论上，如果一种或多种化学物质的浓度高于背景水平，搜救队就能知道附近有人，即使他们被困在地下深处。
“在地震中，你需要覆盖大片区域，”Pratsinis说。“你只有一个小时的时间来拯救生命，因为之后，生存率会越来越低。”他设想有一天传感器阵列可以变得便携。这样，第一响应者在搜寻灾难现场时就可以将其握在手中，或者将其悬挂在无人机上——这是FEMA工具包中相对较新的一个补充——以实现更快部署。Pratsinis指出，狗在搜寻过程中需要休息和饮水，而他的金属盒子则永不疲倦。
不过，目前该设备仍局限于实验室。在最初的研究中，参与者被安置在一个无菌的有机玻璃箱中进行观察。研究人员首先研究了他们肺部释放的化学物质，然后是皮肤释放的化学物质，最后是皮肤和肺部共同释放的所有化学物质。研究人员发现，特别是他们的传感器能够以“高精度……和准确度”检测到十亿分之一（parts per billion）的丙酮、氨和异戊二烯，这是“便携式传感器前所未有的”。
Pratsinis充满希望，通过更多的研究——以及更多的研究经费——这样的便携式传感器设备最终可以投放市场。其他研究人员也在进行类似的项目，包括模仿犬类呼吸模式，正如Josh Dean在2013年《PopSci》的一篇文章中所述。但这些技术何时能投入使用，谁也无法猜测。“我们很想做出宏大的声明，”他说，但“样本量太小了。”同样的情况也适用于类似的人体化学物质检测工作，比如旨在有一天用类似的传感器阵列识别港口船只上的贩运人口受害者的分析化学研究。
然而，像FEMA这样的机构，将是这类设备的主要用户，但它们并不确定其必要性或可行性。搜救队分布在全国各地，通常只在危机时期才集结，这意味着标准化非常重要。每个人都必须使用相同的设备以相同的方式进行培训，这意味着该机构在采用新设备方面非常谨慎——甚至可能缓慢。尤其是考虑到FEMA本身并没有研发部门。相反，它依赖于外部探索委员会，并经常与另一个联邦机构——国家标准与技术研究院（NIST）合作，审查新技术。
此外，马特亚苏克坚信FEMA现有嗅探器（搜救犬）的有效性。“在我参与这个系统的13年里，出现过各种事物，但都无法捕捉到狗所拥有的独特嗅觉体验，”马特亚苏克说。“关于狗有一句话是：如果没坏，就不要修理。”虽然Pratsinis致力于嗅探设备的未来，但他承认犬类仍然具有竞争优势。“我希望我们知道狗闻到了什么，”他说。“但狗不会告诉我们。”
