3D-печать микрольдом для медицинских целей

Переиздано Платоном

Читают: 0

21 октября 2023 г.Новости Наноуэрк) Когда Институт будущего промышленного производства (MFI) Карнеги-Меллона каждую осень объявляет свой ежегодный конкурс заявок, он четко разъясняет свои цели по предложению начального финансирования группам преподавателей CMU, чьи исследования соответствуют миссии MFI вдохновлять, проектировать и руководить технологическими и трудовыми ресурсами. достижения в области гибкого, интеллектуального, эффективного, отказоустойчивого и устойчивого производства. Они заинтересованы в финансировании исследований, которые входят в одну из стратегических приоритетных областей МФО; использует сильные стороны CMU в таких областях, как искусственный интеллект и машинное обучение, в сочетании с передовыми производственными технологиями, такими как робототехника и аддитивное производство; извлекает выгоду из конвергентных исследований и опыта различных дисциплин; и демонстрирует потенциал для заделки будущего передового производства новыми идеями, которые стимулируют инновации и привлекают будущие инвестиции. «Мы получаем так много отличных предложений по широкому спектру передовых производственных тем, что решить, какие из них финансировать, сложно. Мы ориентируемся на те, которые предлагают инновационные междисциплинарные подходы, которые действительно могут улучшить современное состояние. Промышленная актуальность также важна, учитывая наш интерес к технологическому переходу», — сказала Сандра ДеВинсент Вольф, исполнительный директор MFI. Она и Гэри Феддер, директор факультета MFI, оставляют за собой право попросить внести изменения в предложение, если сроки слишком жесткие, суммы финансирования не полностью оправданы или в проекте отсутствует партнер с жизненно важным набором навыков и опыта. Так было, когда в прошлом году преподаватели Фил Ледюк, Бурак Оздоганлар и Чарли Рен запросили финансирование для следующего этапа своих исследований в области печати льдом. Команда разработала новый подход к 3D-печати ледяных структур, которые достаточно малы, чтобы создавать сосуды в искусственных тканях и другие открытые элементы внутри изготовленной детали, создавая жертвенные шаблоны, которые позже формируют каналы и пустоты. Это оказалось многообещающим методом. Тем не менее, при разработке, как и во многих автоматизированных подходах, при разработке использовалось множество проб и ошибок для достижения конкретной заданной геометрии. Создание более точных и воспроизводимых геометрий требует разработки подхода управления с обратной связью, который позволит разумно регулировать параметры во время печати для достижения желаемой сложной геометрии. Поскольку ЛеДюк и Оздоганлар опубликовали свои выводы (Передовая наука, «3D-печать льда произвольной формы (3D-ICE) в микромасштабе»), они получили положительные отзывы на многочисленных презентациях на конференциях, а также поддержку, которая побудила их изучить возможности дальнейшего развития своего метода печати льдом. Первые применения биомедицинской инженерии были очевидны и показали прямой потенциал для использования в персонализированной медицине. Тем не менее, этот метод также может совершить революцию в производстве, позволяя автоматически производить крошечные внутренние 3D-микроканалы для многих приложений в различных областях, от медицины до мягкой робототехники. Технологии микропроизводства и передовые подходы имеют основополагающее значение для многочисленных критически важных приложений в различных секторах, включая научные исследования, здравоохранение, национальную безопасность и исследование космоса, а также цифровую трансформацию в промышленности, которая лежит в основе производственной миссии MFI. По словам ЛеДюка и Оздоганлара, экспериментальные и вычислительные методы, необходимые для построения моделей для управления процессом печати льдом, сложны. Микромасштабный размер и быстрый характер терможидкостных процессов и процессов фазовых переходов (твердое тело, жидкость, газ) еще больше усугубляют проблемы. «Мы знаем, что если мы сможем создать систему обратной связи с датчиками, которая сможет вносить коррективы в режиме реального времени, это будет очень эффективно для этих подходов». - сказал Ледюк. Вольф знал только человека, который мог бы помочь им разработать сенсорное оборудование и алгоритмы компьютерного зрения, необходимые для создания подхода к управлению с обратной связью, обеспечивающего уровень контроля, необходимый для печати микромасштабных ледяных структур. Лу Ли, научный сотрудник Института робототехники Карнеги-Меллон, уже привнес свой опыт в области искусственного интеллекта и робототехники в несколько других проектов, финансируемых MFI. По словам ЛеДюка, Ли уже внес большой вклад в этот новый проект. С помощью Ли команда сократила время, необходимое для сегментации изображения, с двух-трех секунд до 50 микросекунд. Сегментация изображения — это задача компьютерного зрения в машинном обучении, которая включает в себя разделение изображения на несколько сегментов или областей на основе определенных критериев, чтобы изображение можно было изменить во что-то более значимое и более простое для анализа. «Это типично для того, как мы работаем в CMU. Прежде всего, возможность сотрудничать с кем-то вроде Лу Ли, у которого есть навыки, необходимые для продвижения вперед, была фантастической. И хотя финансирование МФО не представляет собой огромную сумму денег, оно позволило нам продолжать двигаться вперед с идеей, имеющей огромный потенциал», — сказал Ледюк. Вольф также рада работать с Ледюком, который, по ее словам, был открыт для ее предложений, благодарен за ее рекомендации и привносит энтузиазм и энергию в наше производственное сообщество в CMU. Запрос предложений МФО на 2024 год открыт до пятницы, 27 октября 2023 года. Более подробную информацию можно найти на сайте МФО. Веб-страница стипендий и финансирования.