الطباعة ثلاثية الأبعاد بالثلج الصغير للتطبيقات الطبية

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

21 أكتوبر 2023 (أخبار Nanowerk) عندما يصدر معهد كارنيجي ميلون للعقود الآجلة للتصنيع (MFI) دعوته السنوية لتقديم المقترحات كل خريف، فإنه يوضح أهدافه المتمثلة في تقديم التمويل الأولي لمجموعات من أعضاء هيئة التدريس بجامعة CMU الذين تتوافق أبحاثهم مع مهمة MFI لإلهام التكنولوجيا والقوى العاملة وهندستها وقيادةها التقدم في التصنيع المرن والذكي والفعال والمرن والمستدام. إنهم مهتمون بتمويل الأبحاث التي تندرج ضمن أحد مجالات الأولوية الإستراتيجية لمؤسسات التمويل الأصغر؛ يلعب دورًا في نقاط قوة CMU في مجالات، مثل الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، إلى جانب تقنيات التصنيع المتقدمة، مثل الروبوتات والتصنيع الإضافي؛ الاستفادة من الأبحاث والخبرات المتقاربة من مختلف التخصصات؛ ويُظهر إمكانية زرع بذور مستقبل التصنيع المتقدم بأفكار جديدة تغذي الابتكار وتجذب الاستثمارات المستقبلية. "إننا نتلقى العديد من المقترحات الرائعة عبر مجموعة واسعة من موضوعات التصنيع المتقدمة، مما يجعل تحديد التمويل المناسب أمرًا صعبًا. نحن نركز على تلك التي تقترح مناهج مبتكرة متعددة التخصصات يمكنها حقًا تطوير أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا. وقالت ساندرا ديفينسنت وولف، المديرة التنفيذية لمؤسسة التمويل الأصغر: "إن الصلة الصناعية مهمة أيضًا، نظرًا لاهتمامنا بالتحول التكنولوجي". تحتفظ هي وغاري فيدر، مدير هيئة التدريس بمؤسسة التمويل الأصغر، بالحق في طلب تعديلات على الاقتراح عندما تكون الجداول الزمنية شديدة للغاية، أو عندما تكون مبالغ التمويل غير مبررة بشكل كامل، أو عندما يفتقر المشروع إلى شريك يتمتع بمجموعة حيوية من المهارات والخبرات. كان هذا هو الحال عندما طلب أعضاء هيئة التدريس فيل ليدوك، وبوراك أوزدوغانلار، وتشارلي رين التمويل في العام الماضي للمرحلة التالية من أبحاثهم في مجال الطباعة على الجليد. طور الفريق طريقة جديدة لطباعة هياكل الجليد ثلاثية الأبعاد والتي تكون صغيرة بما يكفي لإنشاء أوعية دموية في الأنسجة الاصطناعية وغيرها من الميزات المفتوحة داخل الجزء المُصنع عن طريق إنشاء قوالب قربانية تشكل فيما بعد القنوات والفراغات. وقد ثبت أنها طريقة واعدة. ومع ذلك، فقد اعتمدت على الكثير من التجربة والخطأ، كما تفعل العديد من الأساليب الآلية في البداية، في تطويرها لتحقيق الشكل الهندسي المحدد المقصود. يتطلب إنشاء أشكال هندسية أكثر دقة وقابلة للتكرار تطوير نهج للتحكم في ردود الفعل، والذي من شأنه ضبط المعلمات بذكاء أثناء الطباعة لتحقيق الأشكال الهندسية المعقدة المطلوبة. منذ أن نشر LeDuc وOzdoganlar النتائج التي توصلوا إليها (العلوم المتقدمة, "طباعة الجليد ثلاثية الأبعاد بشكل حر (3D-ICE) على نطاق صغير")، لقد تلقوا ردود فعل إيجابية في العديد من العروض التقديمية في المؤتمرات، بالإضافة إلى الدعم الذي شجعهم على استكشاف كيفية تطوير طريقة الطباعة على الجليد الخاصة بهم. كانت تطبيقات الهندسة الطبية الحيوية الأولية واضحة وأظهرت إمكانية استخدامها مباشرة في الطب الشخصي. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لديها أيضًا القدرة على إحداث ثورة في التصنيع من خلال تمكين الإنتاج الآلي لقنوات صغيرة داخلية ثلاثية الأبعاد للعديد من التطبيقات في مجالات مختلفة تتراوح من الطب إلى الروبوتات الناعمة. تعد تكنولوجيا التصنيع الدقيق والأساليب المتقدمة أمرًا أساسيًا للعديد من التطبيقات المهمة عبر مختلف القطاعات، بما في ذلك البحث العلمي والرعاية الصحية والأمن القومي واستكشاف الفضاء، بالإضافة إلى التحول الرقمي في الصناعة الذي يقع في قلب مهمة التصنيع لمؤسسات التمويل الأصغر. وفقًا لـ LeDuc وOzdoganlar، فإن الأساليب التجريبية والحسابية اللازمة لبناء نماذج للتحكم في عملية الطباعة على الجليد تمثل تحديًا. إن الحجم المجهري والطبيعة السريعة لعمليات الموائع الحرارية وعمليات تغيرات الطور (الصلبة والسائلة والغازية) تزيد من تفاقم التحديات. "نحن نعلم أنه إذا تمكنا من بناء نظام ردود فعل استشعار يمكنه إجراء التعديلات في الوقت الفعلي، فسيكون قويًا جدًا لهذه الأساليب." قال ليدوك. كان وولف يعرف فقط الشخص الذي يمكنه مساعدتهم في تطوير أجهزة الاستشعار وخوارزميات رؤية الكمبيوتر اللازمة لإنشاء نهج للتحكم في ردود الفعل لإنتاج درجة التحكم اللازمة لطباعة هياكل الجليد المجهرية. وكان لو لي، عالم المشروعات في معهد الروبوتات بجامعة كارنيجي ميلون، قد جلب بالفعل خبرته في مجال الذكاء الاصطناعي والروبوتات إلى العديد من المشاريع الأخرى التي تمولها مؤسسات التمويل الأصغر. ووفقًا لـ LeDuc، فقد قدم لي بالفعل بعض المساهمات الرائعة في هذا المشروع الجديد. وبمساعدة لي، تمكن الفريق من تقليل الوقت اللازم لتجزئة الصورة من ثانيتين إلى ثلاث ثوان إلى 3 ميكروثانية. تجزئة الصورة هي مهمة رؤية حاسوبية في التعلم الآلي تتضمن تقسيم الصورة إلى أجزاء أو مناطق متعددة بناءً على معايير معينة بحيث يمكن تغيير الصورة إلى شيء أكثر فائدة وأسهل في التحليل. "هذا نموذجي جدًا لكيفية عملنا في CMU. بادئ ذي بدء، كانت القدرة على التعاون مع شخص مثل لو لي، الذي يتمتع بالمهارات التي نحتاجها للمضي قدمًا في هذا الأمر، أمرًا رائعًا. وعلى الرغم من أن تمويل مؤسسات التمويل الأصغر لا يمثل مبلغًا ضخمًا من المال، إلا أنه سمح لنا بمواصلة المضي قدمًا بفكرة ذات إمكانات هائلة. تشعر وولف بنفس القدر من الحماس للعمل مع LeDuc، التي تقول إنها كانت منفتحة على اقتراحاتها، وممتنة لتوصيتها، وتجلب الحماس والطاقة إلى مجتمع التصنيع لدينا في CMU. طلب مؤسسات التمويل الأصغر لمقترحات عام 50 مفتوح حتى يوم الجمعة 2024 أكتوبر 27. ويمكن العثور على مزيد من المعلومات على موقع مؤسسات التمويل الأصغر صفحة الويب الخاصة بالزمالات والتمويل.