Biofyzika

Joe Bryan, kdysi populární a respektované vysoké školy v malém Texaském městečku, byl ve vězení za více než 30 let. Za střelbu a vraždu své ženy v roce 1985 si odpykává 99letý trest. Důkazy, které ho usvědčovaly, zahrnovaly skvrny krve oběti nalezené na ruční pochodni., Svědek, který byl hodnocen jako expert na forenzní technika krve pattern analysis (BPA), interpretovat tyto skvrny jako umístění Bryan blízkosti jeho manželka, když byla zastřelena – na svědectví, že byl v čele Bryan přesvědčení. Přebilo vyrovnávací důkaz, že on byl ve skutečnosti na konferenci 120 km – alibi, že dělal to téměř nemožné, aby ho zastřelil jeho ženu, tak on by musel odejít akce, cestování, doma, spáchat vraždu a návrat ke konferenci v konkrétním časovém rámci. Bryan udržuje svou nevinu dodnes.,

takové důkazy, založené na fyzickém chování krve generované na místě činu, mají kořeny v Evropě na konci 19.století. To stalo se populární v USA během slavného Sam Sheppard vraždy v roce 1955, a hraje důležitou roli i v jiných procesech, protože – včetně těch, které hráč fotbalu a herec O. J Simpson (1994-1995, verdikt nevinen) a hudební producent Phil Spector (2007-2009, obnovené řízení verdikt vinen).,

policejní vyšetřovatelé používají BPA k práci pozpátku od krevních stop na místě činu, což jim umožňuje rekonstruovat místa a činy zúčastněných lidí a zbraní. Stopy zahrnují kapky, šmouhy a skvrny, které jsou vytvořeny, když kapky krve vyzařovat z dopadu kulky nebo tupým nástrojem, dokud se setkáte povrchu a skvrny. Podle překvapivé zprávy americké Národní akademie věd (NAS) z roku 2009, která dodnes rezonuje, však BPA postrádá vědeckou přísnost a platnou akreditaci pro své odborníky., To je závažný problém, protože BPA výsledky odsouzen lidé později ukázalo být nevinný, jak se mnozí domnívají Bryan být, a proto, nedostatek důvěry v BPA analýzy mohou povolit, aby vinu jít zdarma. V důsledku toho se stalo nezbytným přehodnotit fyziku za BPA.

ačkoli USA vedou svět ve vlastnictví zbraní-na 100 lidí je 120 zbraní a 64% amerických vražd souvisí se zbraněmi – jiné země mají také mnoho střel., Například 30% vražd v Kanadě zahrnuje zbraně, zatímco tucet národů, včetně Brazílie, překračuje USA ve své míře úmrtí zbraní na 100 000 lidí. Stanovení vědecké platnosti BPA, by proto mohlo mít mezinárodní dopad na řešení na světě 250.000 roční zbraň-úmrtí v souvislosti s tím, že pomáhá kategorizovat je jako vraždy nebo sebevraždy – a, v prvním případě, potenciálně přivést viníky k odpovědnosti.,

Krvavé chování

z hlediska fyziky, BPA rekonstrukce je komplikovaný problém v mechanice tekutin, který zahrnuje sledování chování krve, podle různých sil a okolní podmínky. Výzva je obtížnější, protože krev je složitá tekutina obsahující jak kapalné (plazma), tak pevné (krevní buňky) složky. Kromě toho se vlastnosti krve – jako je její pH nebo počet červených krvinek-liší od člověka k člověku.

ale tato práce je víc než jen akademické cvičení., Podle Alicie Carriquiry z Iowa State University v USA to může mít také skutečné účinky. Jako statistik a ředitel Centra pro Statistiky a Aplikace ve Forenzní Důkazy (CSAFE), který je financován americkým Národním Institutem pro Standardy a Technologie (NIST) – Carriquiry má široký pohled na forenzní vědy. „BPA je jednou z těch oblastí, ve kterých má věda hodně co říct,“ říká., „Na rozdíl od jiných forenzních disciplín, v BPA vlastně máme fyzické a tekutiny-dynamických modelů, které mohou pomoci odpovědět na otázky, jako jsou ty, které souvisí s trajektorie, místo původu a podobně.“

základní věda však podle zprávy NAS z roku 2009, která měla název posílení forenzní vědy ve Spojených státech, nebyla na BPA dobře aplikována. Spolupředsedal významný americký federální soudce a akademický statistik, zahrnoval přispěvatele z příslušných vědeckých oborů, včetně fyziky., Obecně, s výjimkou analýzy DNA, zpráva zjistila nedostatky prakticky ve všech forenzních technikách – včetně analýzy vlasů, vláken, otisků prstů a kousnutí. „Interpretace forenzních důkazů není vždy založena na vědeckých studiích k určení její platnosti,“ uvedl. „To je vážný problém.“Zvláštní zprávy v roce 2016 z USA, předseda Rady Poradců pro Vědu a Technologie – napsal ředitel Úřadu pro vědecká a Technologická Politika spolu s panelem vědců – opakoval tato kritika.,

zejména pro BPA zpráva NAS poznamenala složitost dynamiky tekutin a naznačila, že analytici BPA by měli pochopit zúčastněnou fyziku. Ale s žádné přísné požadavky na vzdělání pro certifikaci jako BPA expert – jsou vyškoleni pouze sledovat balené postupy – zpráva dospěla k závěru, že „názory skvrna vzor analytici jsou více subjektivní, než je vědecké…nejistot spojených s jsou obrovské.,“V roce 2018 v Texasu Forenzní Vědy Komise dosáhla podobné závěry o Bryan případě, volá výklad BPA důkazy „nepřesné“ a „vědecky nemožné“.

stále, správně používán, BPA může poskytnout cenné stopy k pochopení okolností střelby. Například kapky krve, které udeří na podlahu pod úhlem, vytvoří sadu eliptických skvrn, jejichž poměr šířky k délce dává úhel nárazu (obrázek 1). Analytici BPA jsou vyškoleni k tomu, aby nakreslili přímkové trajektorie, které sledují dlouhý rozměr každé elipsy v tomto úhlu dopadu., Tyto cesty se sbíhají a poskytují pozici, ze které pochází krev. Když to správně dává projekce na podlahu umístění střelné rány, lineární postup nadhodnocuje výšku rány, protože pravda cest podle závažnosti jsou paraboly modifikované aerodynamické přetažením. Chyba je obvykle dostatečně velký, aby nesprávně umístit oběť jako stojící, spíše než sedět.,

Jedná se o jednu ze zavedených metod BPA, které hlubší fyzikální analýza může zlepšit. V roce 2011 fyziků Christopher Varney a Fred Gittes na Washington State University dát projektil-pohybových rovnic, včetně gravitace a přetáhněte do formuláře, který využívá všechna data, která je vlastní sadu stříkance, skvrny od krve (Am. J. Phys. 79 838)., Zjistili, že děj dopad úhlů pro skvrny versus inverzní jejich vodorovné vzdálenosti od svislé osy dopad dává platný výsledek pro výšku, za předpokladu, že spuštění úhlů pro kapky nejsou příliš široce distribuován. V testu, který rozstříkal viskózní náhražku krve, vědci použili tento přístup k výpočtu skutečné výšky startu 88 cm do 8%. Pro srovnání, lineární trajektorie přeceňovaly výšku startu o 100%.,

V roce 2015 Nick Laan, University of Amsterdam a Nizozemsko Forenzní Institut, a kolegové místo toho používá tekutina vlastnosti krve najít výšky střelná rána (Vědeckých Zpráv 5 11461). Dříve práce byla odvozena rovnice týkající vliv rychlosti kapaliny kapka krve, aby se jeho objem a úhel dopadu, a na šířku zaschlé to vyrábí, jak je to určeno známo, kapilární a viskózní chování krve. Pro použití této metody vědci vytvořili vzorky rozstřiku lidské krve za kontrolovaných podmínek., Pro každou ze 40 samostatných krevních skvrn určili jeho šířku a úhel nárazu a pomocí komerčního 3D povrchového skeneru změřili objem skvrny, ze které našli objem původní kapky. Tyto parametry přinesly rychlost nárazu a poskytly dostatek informací k řešení rovnic pohybu pod gravitací s aerodynamickým odporem. Výsledky pro výšku, kde každá kapka vznikla měl průměrnou hodnotu 58,5 cm, pouze 8% níže, než je skutečná výška 63.7 cm. Mezitím přímá metoda dala 91, 1 cm – mnohem větší 42% chybu.,

a bullet ‚ s journey

tyto dva dokumenty a další analyzují chování krevních kapek po jejich vytvoření, aby se zvýšila standardní BPA. Ale strojní inženýři a dynamici tekutin Alexander Yarin a Patrick Comiskey z University of Illinois v Chicagu spolu s Danielem Attingerem ve státě Iowa šli dále. Modelovali celý proces od kulky vstupující do těla až po konečný vzorek krevních skvrn.,

Od roku 2016 tyto vědci vyvinuli tekutiny dynamických teorií pro střelné zpět rozstřik a dopředu rozstřik, kde krev kapky cestování, respektive proti směru střely a zobrazit různé vlastnosti. Analýza zpětného rozstřiku-prováděná pro oba pravidelné (Phys. Rev. tekutiny 1 043201) a tupý nos (Phys. Rev. Fluids 2 073906) kulky-je založen na známé nestabilitě Rayleigh-Taylor., V tomto smyslu zrychlení kolmé k rozhraní mezi dvěma tekutinami různých hustot – zde krev a vzduch-vytváří rostoucí turbulenci a míchání mezi tekutinami. (Jeden pozoruhodný příklad nestability je velkolepé vláken viděn v rozšíření Krabí Mlhovině, kde se obě kapaliny obsahují materiál katapultoval Krab je počáteční explozi supernovy, a plazmě relativistické nabité částice poháněn Krab centrální pulsar.,) Mezitím, dopředný rozstřik, způsobený, když kulka opouští tělo po několika rušivých setkáních s krví a tkání, byl léčen jinak. Jeho analýza použila teorii perkolace, která popisuje dostupné cesty prostřednictvím náhodně uspořádaných klastrů.

Pro oba druhy skvrn, vědci vypočítat, čísla, velikosti a dynamické vlastnosti kapky krve generované kulka; pak určuje jejich trajektorie pod těžiště a aerodynamického odporu., Nakonec tým našel počet výsledných skvrn, jejich oblasti, úhly nárazu a rozložení vzhledem k vzdálenosti (obrázek 2).

Tyto vypočtené výsledky pro krevní distribuce souhlasit, poměrně dobře se údaje získané tím, že střílí kulky do houby nebo plastové pěny nasáklé s prasečí krev pro zadní rozstřik, a přes krev-naplněné nádrže pro vpřed rozstřik. Přestože vědci poznamenávají, že je zapotřebí více experimentů, jejich výsledky jsou významnými kroky k reálné teorii rozstřikování založené na fyzice., Jejich práce také poukazuje na nový směr pro studium, jako je například, jak vzduch se provádí spolu s kapky krve za letu, což ovlivňuje jejich trajektorie, a vliv teploty na viskozitu krve.

teoretické výsledky zatím ukazují hodnotu fluid dynamics přístup, ale také to, že jeho složitost může přidat nejistoty analýzy, například přes proměnné vlastností krve a krevní skvrny., Kromě teploty závisí viskozita krve také na procentu červených krvinek, které se liší podle jednotlivce a mohou ovlivnit přístupy, jako jsou přístupy používané Laanem a kolegy. A co víc, vlastnosti povrchu, které krevní kapka udeří, mohou změnit způsob, jakým se šíří, a proto ovlivňují skvrnu, kterou zanechává. Matoucí prvky, jako jsou tyto, by měly být vzaty v úvahu pro plně platný BPA, který nese váhu u soudu, a může omezit nároky na to, co může BPA s konečnou platností ukázat. Jistě, zbývá ještě hodně práce.,

Z laboratoře na místo činu

Jako věda o BPA postupuje, paralelní úkolem je převést jeho výsledky do nové, praktické a transparentní postupy pro vyšetřování a soudní prezentace. Ale BPA praktiky nejsou zcela vítány tyto změny, které by mohly rozrušit zavedené postupy pole, reakce i jinde v forenzní zařízení., Nicméně, říká, Carriquiry, pro mnoho témat v forenzní vědy „se nám podařilo udělat důležité nájezdy a zavedené nějaké smysluplné partnerství s forenzní odborníky, kteří vidí naši práci jako prostředek, aby se jejich více objektivní a ‚vědecké‘ „. Mezi tyto partnery patří Centrum forenzní vědy v Houstonu a policejní oddělení v Los Angeles.

Nyní, s podporou CSAFE a další federální agentury, vědci pracují konkrétně k posílení spojení mezi BPA a dynamika tekutin společenství, a poskytnout lékaři s užitečnými výsledky., Například, Attinger a spoluautoři napsali návod dokument, v němž budou diskutovat síly při hře v dynamice tekutin a jak oni určují chování kapky krve na místě činu (Forenzní Vědy Mezinárodní 231 375). Attinger také publikoval grafy založené na dynamice tekutin, které usnadňují vyšetřovatelům v terénu odhadnout maximální vzdálenost, kterou pokles krve urazil (forenzní věda International 298 97).,

3 Krev a kulky v laboratoři

příklad krve rozstřik na kartě cíl, produkován výzkumní pracovníci na Iowa State University pomocí set-up je znázorněno na obrázku 4. Otvor pro kulku je vidět v levé horní části středního obrazu.,

V dalším úsilí, Attinger tým vydal zpět stříkance z lidské krve vyrobené v laboratoři při střelbě (obrázek 3), s přísnou kontrolu střelných zbraní a střeliva používaných a fyzické uspořádání (Údaje Stručný 22 269); a druhou sadu krev vzory produkován tupé nástroje (Údaje Stručný 18 648). Ty poskytují obrázky s vysokým rozlišením krevních skvrn generovaných za různých podmínek pro školení a výzkumné použití (Obrázek 4)., V rámci jednoho projektu, Hal Stern na University of California–Irvine, statistik a co-ředitel CSAFE, zkoumá obrázky na charakteristické rysy, které lékaři mohli použít k rozlišení mezi možné zdroje pro pozorované skvrny. V jiném dosahu vědci BPA také prezentují rozhovory a školení v odborných společnostech.

4 inscenovaná scéna

experimentální set-up používá Daniel Attingere a kolegy v Iowě na studium-cákance skvrny od krve.

Bohužel, rozšířené přijetí přísnějších OSVĚDČENÝCH postupů a školení nepřijde rychle, nebo automaticky vymazat minulost nedostatky, které vyrábí nespolehlivé důkazy a falešná obvinění. Není ani pravděpodobné, že právní normy pro přijetí důkazů BPA se brzy změní, aby ovlivnily Nadcházející odvolání Joe Bryana k novému soudu., Tato žádost byla zamítnuta v roce 2018, ale jeho právníci nyní připravují poslední úsilí před texaským soudem pro trestní odvolání. Bryanovi je však téměř 80 let. I když bude nový soud schválen, nemusí přijít včas, aby mu to prospělo.

Ať už to výsledek, rozsáhlé pokrytí Bryan případě spolu s NAS zprávy a další hodnocení BPA odhalili své problémy a motivaci pokrok směrem k lepší fyzika krve vzory., To může alespoň zajistit, že budoucí krev bude efektivnější při identifikaci skutečného pachatele, aniž nespravedlivě odsouzení lidé, kteří jsou nevinní.