Малките роботизирани плувци, създадени по подобие на бактериалните и сперматозоидните клетки, могат да направят революция в медицината, като позволят целенасочено доставяне на лекарства, минимално инвазивни процедури и дори лечение на безплодие.
Въпреки това, за да бъдат тези интелигентни изкуствени микроплувци (SAM) ефективни, учените трябва да разберат как се държат те в сложни биологични течности, особено когато се движат на групи.
Асистентът по машинно инженерство и механика в Университета Лехий, Ебру Демир използва роботизирани микроплувци с изкуствен интелект, за да отговори на въпросите за физиката на задвижването, която тези устройства трябва да постигнат, за да бъдат ефективно използвани в медицината.
„Знаем, че когато един плувец има спътник, той плува по различен начин“, казва Демир. „Птиците летят във V-образна формация, защото това е по-ефективно и им спестява енергия. Но за група микроплувци не знаем как изглежда най-добрата формация“.
Как микроплувците се ориентират в сложни течности
Екипът на Демир планира да тества роботизирани микроплувци, задвижвани от изкуствен интелект, които са способни на самостоятелно движение и са снабдени с микроконтролери. ИИ е програмиран да работи с алгоритми за усилено обучение.
Роботите ще бъдат изпробвани в течности, които възпроизвеждат течности от човешкото тяло, като например кръв. За разлика от водата, тези ненютонови флуиди променят вискозитета си в зависимост от приложеното към тях напрежение, което променя начина на работа на плувците.
Докато SAM се движат автономно, техните мозъци с изкуствен интелект непрекъснато анализират движението им, като оптимизират позата им, за да увеличат скоростта и мощността. Ю
Ако плувецът се приближи до партньора си и увеличи скоростта си, той може да продължи да се приближава все повече и повече – до момента, в който трябва да намали скоростта, което от своя страна предизвиква оттегляне до оптимална позиция.
Това позволява на роботите автономно да променят стратегията си за придвижване по време на плуване, както индивидуално, така и в кооперативна функция.
„Докато плуват, SAM непрекъснато взаимодействат с околната среда, изпълняват този алгоритъм и преизчисляват къде се намират в тази формация и колко бързо или колко ефективно се движат. Целта е да се намери най-добрата стратегия за клъстера да плува заедно по начин, който е едновременно бърз и ефективен“, казва Демир.
Потенциални медицински приложения
Целта е да се създадат микроплувци, които хипотетично биха могли да достигнат до вътрешността на човешкото тяло, където ще могат да маневрират в кръвоносните съдове за целенасочено доставяне на химиотерапия директно в туморите или да разтварят тромби без нужда от разредители на кръвта.
Технологията може да помогне на сперматозоидите с ниска подвижност да се придвижат към яйцеклетката при лечение на безплодие.
„В тези случаи сперматозоидите имат добра генетика, но може би опашката им е компрометирана и така плувците биха могли да изтласкат сперматозоида към яйцеклетката“, казва Демир. „И това вече е доказано от други изследователи в лабораторна среда.“
Демир е получила престижната награда CAREER на Националната научна фондация (NSF) за изследванията си върху микроплувците с изкуствен интелект. Демир казва, че е било удовлетворяващо да получи наградата CAREER и да научи, че работата ѝ е получила одобрението на колегите ѝ.
„Колкото и клиширано да звучи,“ казва тя, “искам да използвам инженерните науки, за да помогна на човечеството.“
Източник: InterestingEngineering
