3D mikro-is-utskrift för medicinska tillämpningar

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

21 okt 2023 (Nanowerk Nyheter) När Carnegie Mellons Manufacturing Futures Institute (MFI) utfärdar sin årliga utlysning av förslag varje höst, klargör det sina mål för att erbjuda startfinansiering till grupper inom CMU-fakulteten vars forskning är i linje med MFI:s uppdrag att inspirera, konstruera och leda teknik och arbetskraft framsteg för smidig, intelligent, effektiv, motståndskraftig och hållbar tillverkning. De är intresserade av att finansiera forskning som faller inom ett av MFI:s strategiska prioriterade områden; spelar till CMU:s styrkor inom områden, såsom AI och maskininlärning, i kombination med avancerad tillverkningsteknik, såsom robotik och additiv tillverkning; drar nytta av konvergent forskning och expertis från olika discipliner; och visar potential för att se framtiden för avancerad tillverkning med nya idéer som driver innovation och attraherar framtida investeringar. "Vi får så många fantastiska förslag inom en mängd olika avancerade tillverkningsämnen att det är svårt att bestämma vilka som ska finansieras. Vi fokuserar på de som föreslår innovativa tvärvetenskapliga tillvägagångssätt som verkligen kan främja den senaste tekniken. Industriell relevans är också viktig, med tanke på vårt intresse för teknikomvandling, säger Sandra DeVincent Wolf, verkställande direktör för MFI. Hon och Gary Fedder, fakultetschef för MFI, förbehåller sig rätten att begära ändringar av ett förslag när tidslinjerna är för aggressiva, finansieringsbeloppen inte är helt motiverade eller projektet saknar en partner med en viktig uppsättning färdigheter och expertis. Det var fallet när fakultetsmedlemmarna Phil LeDuc, Burak Ozdoganlar och Charlie Ren begärde finansiering förra året för nästa fas av sin istrycksforskning. Teamet utvecklade ett nytt tillvägagångssätt för 3D-utskrift av isstrukturer som är tillräckligt små för att skapa kärlsystem i konstgjord vävnad och andra öppna särdrag inuti en tillverkad del genom att skapa offermallar som senare bildar ledningar och tomrum. Det har visat sig vara en lovande metod. Ändå förlitade den sig på mycket trial and error, som många automatiserade tillvägagångssätt gör initialt, i sin utveckling för att uppnå den specifika avsedda geometrin. Att skapa mer exakta och reproducerbara geometrier kräver utveckling av en återkopplingskontrollmetod, som intelligent skulle justera parametrar under utskrift för att uppnå de önskade intrikata geometrierna. Sedan LeDuc och Ozdoganlar publicerade sina resultat (Avancerad vetenskap, "Freeform 3D Ice Printing (3D-ICE) at the Micro Scale"), har de fått positiv feedback vid ett flertal konferenspresentationer, samt stöd som har uppmuntrat dem att utforska hur deras istryckningsmetod kan vidareutvecklas. De initiala biomedicinska ingenjörstillämpningarna var tydliga och visade direkt potential för användning i personlig medicin. Ändå har metoden också potential att revolutionera tillverkningen genom att möjliggöra automatiserad produktion av små interna 3D-mikrokanaler för många applikationer inom olika områden, allt från medicin till mjuk robotik. Mikrotillverkningsteknik och avancerade tillvägagångssätt är grundläggande för många viktiga tillämpningar inom olika sektorer, inklusive vetenskaplig forskning, hälsovård, nationell säkerhet och rymdutforskning, såväl som den digitala transformationen inom industrin som är kärnan i MFI:s tillverkningsuppdrag. Enligt LeDuc och Ozdoganlar är de experimentella och beräkningsmetoder som behövs för att bygga modeller för att kontrollera isutskriftsprocessen utmanande. Storleken i mikroskalan och den snabba karaktären hos de termiska-fluidiska processerna och fasförändringsprocesserna (fast, flytande, gas) förvärrar utmaningarna ytterligare. "Vi vet att om vi kan bygga ett sensoråterkopplingssystem som kan göra justeringar i realtid, kommer det att vara mycket kraftfullt för dessa tillvägagångssätt." sa LeDuc. Wolf kände precis den person som kunde hjälpa dem att utveckla sensorhårdvaran och datorseendealgoritmer som behövs för att skapa en feedbackkontrollmetod för att producera graden av kontroll som behövs för att skriva ut mikroskala isstrukturer. Lu Li, en projektforskare vid Carnegie Mellons Robotics Institute, hade redan tagit med sig sin artificiella intelligens och robotikexpertis till flera andra MFI-finansierade projekt. Och enligt LeDuc har Li redan gjort några fantastiska bidrag till detta nya projekt. Med Lis hjälp har teamet minskat tiden som krävs för bildsegmentering från två till tre sekunder till 50 mikrosekunder. Bildsegmentering är en datorseende uppgift inom maskininlärning som innebär att en bild delas upp i flera segment eller regioner utifrån vissa kriterier så att bilden kan ändras till något som är mer meningsfullt och lättare att analysera. ”Det här är så typiskt för hur vi jobbar på CMU. För det första har förmågan att samarbeta med någon som Lu Li, som har de kunskaper vi behövde för att föra detta framåt, varit fantastisk. Och även om MFI-finansieringen inte är en enorm summa pengar, har den gjort det möjligt för oss att fortsätta gå vidare med en idé som har enorm potential, säger LeDuc. Wolf är lika glada över att arbeta med LeDuc, som hon säger var öppen för hennes förslag, tacksam för hennes rekommendation och tillför entusiasm och energi till vår tillverkningsgemenskap på CMU. MFI Request for 2024-förslag är öppen till fredagen den 27 oktober 2023. Mer information finns på MFI:s Webbsida för stipendier och finansiering.