Американскими учеными создан робот, способный брать и исследовать кровь

Американские ученые тестируют микроскопического робота для лечения сосудов головного мозга

30.08.2020 | 17:32 | Joinfo.ua

Сердечно-сосудистые заболевания являются одними из самых распространенных и опасных нарушений в работе организма. Робот-червь или робот-змея готов усиленно бороться с опасными патологиями, и Joinfo.ua расскажет, каким образом это осуществится.

Робот: принцип действия

Учеными Массачусетского технологического института в Бостоне был разработан и представлен робот для работы в сосудах головного мозга. Устройство представляет собой длинную нить в несколько сантиметров, напоминающую по форме змею или червя, толщиной 0,5 миллиметра.

Изготовлен робот из сплава титана и никеля, покрыт специальным гидрогелем, обеспечивающим свободное и легкое прохождение внутри сосудов без повреждения тканей.

С помощью такого устройства ученые планируют непосредственно в месте проблемы ликвидировать последствия. Робот будет проникать во внутренние части мозга при помощи магнитного поля. Управление будет осуществляться хирургом.

Главная задача

Разработчики заявляют, что робот способен устранять закупорку сосудов и ликвидировать сгустки крови, мешающие нормальному кровотоку. Такой высокотехнологический «червяк» сможет поставлять лекарственное средство непосредственно в мозг или при помощи лазера убирать тромбы.

Особенную пользу представляет устройство для пациентов с инсультом. Время – решающий фактор влияния на жизнеспособность человека в таком состоянии. Профессор Массачусетского института пояснил, что если уметь воздействовать на мозг пациента в течение первых 90-а минут острого инсульта, то шансы на выживаемость и восстановление пациентов могут значительно увеличиться.

Если робот будет способен эффективно действовать именно в это время, то можно будет избежать необратимого повреждения мозга. Более того, врач сможет управлять роботом из любой точки мира при помощи джойстика, в то время как сам робот будет продвигаться в теле пациента и отслеживаться с применением магнитного поля и рентгеноскопии.

Пока что робот проходит испытания, которые в скором времени будут проводиться уже на человеке. Ученые надеются, что их старания помогут повысить качество и продолжительность жизни пациентам с нарушениями кровообращения и значительно ускорить проводимые манипуляции!

Почти как живая: новая рыба-робот получает энергию от синтетической крови

Мягкая роботизированная рыба. Тёмные области показывают синтетическую кровеносную систему.

Внутренние компоненты мягкой роботизированной рыбы.

Теоретически такая рыба сможет плавать без подзарядки до 36 часов.

Не первый год инженеры создают автономных роботов, похожих на реальных существ, например, насекомых. Недавно группа американских учёных сделала ещё один шаг в этом направлении и разработала мягкую роботизированную рыбу с многофункциональной “системой кровообращения”.

Отметим, что обычно роботы оснащены аккумулятором для хранения энергии или механизмом для её передачи от одного компонента к другому. Проблема с такими элементами заключается в том, что они увеличивают размер и вес устройств, что, в свою очередь, плохо сказывается на их ловкости, гибкости и автономности.

В недавнем исследовании, опубликованном в издании Nature, учёные из Корнеллского и Пенсильванского университетов описали робота, максимально похожего на живое существо. Разработчики наделили своё механическое детище многофункциональными компонентами. Так, жабры “рыбы” обеспечивают газообмен, регулируют кислотно-щелочной баланс и выводят “отходы”, а уникальная “система кровообращения” одновременно питает устройство и помогает ему двигаться.

Длина устройства составляет 40 сантиметров. Внутри “рыбы” содержится примерно 0,2 литра синтетической крови, распределённой по всей искусственной сердечно-сосудистой системе. Остальная часть робота состоит из структурных элементов, которые чем-то напоминают мышцы и хрящи. Водонепроницаемая оболочка рыбы выполнена из силикона.

В своих разработках инженеры часто используют литий-ионные аккумуляторы. Но у них есть один серьёзный недостаток: они громоздкие.

Новая искусственная рыба питается от проточных редокс-аккумуляторов – систем, состоящих из двух электродов и жидкого электролита (той самой “крови”), который протекает между ними. Такие батареи также питают насосы, которые перегоняют синтетическую кровь по “организму”, заставляя двигаться хвост робота, а также спинной и грудной плавники.

Таким образом синтетическая кровь не только работает в батареях, но и служит в качестве гидравлической жидкости: подача её в тот или иной отдел увеличивает давление. Например, когда раздувается одна сторона хвоста “рыбы”, другая сторона сжимается, что приводит к сгибанию хвоста и изменению направления движения “рыбы”.

Синтетическая кровь помогает “рыбе” двигать плавниками и плавать в воде даже против течения. В то же время она накапливает энергию, необходимую для питания устройства. Это позволяет “рыбе” работать в течение более длительных периодов времени без необходимости в тяжёлых и громоздких аккумуляторных блоках.

Новое устройство не выиграет ни одного спринта (двигаясь против течения, устройство развило скорость около 15 сантиметров в минуту), зато может похвастаться впечатляющей выносливостью. Во время тестирования робот-рыба смог плавать на протяжении двух часов, но теоретически он может работать до 36 часов.

В пресс-релизе работы отмечается, что исследователи достигли плотности энергии, равной примерно половине плотности энергии литий-ионного аккумулятора автомобиля Tesla модели S. Между тем это вечная головная боль проточных редокс-аккумуляторов. Однако в данном случае за счёт нескольких ухищрений инженерам удалось значительно увеличить плотность энергии и эксплуатационное напряжение.

Как говорит соавтор работы Джеймс Пикул (James Pikul) из Пенсильванского университета, эта идея родилась у его команды во время попытки сделать механизмы более автономными.

“Мы поняли, что большинство роботов работает непродолжительное время. Их постоянно приходится перезаряжать, на что уходит по десять минут, а люди способны работать в течение нескольких дней без еды. Мы хотели решить эту проблему и придумать способы хранения энергии прямо в компонентах робота. Так называемая “кровь”– наша первая демонстрация хранения энергии в жидкости, которая обычно используется только для приведения [устройства] в действие”, – рассказывает Пикул в интервью изданию Gizmodo.

По мнению Пикула, механизм циркуляции жидкости в устройстве похож на работу сердечно-сосудистой системы животных.

“В нашей синтетической сердечно-сосудистой системе жидкость запасает химическую энергию, которую мы можем использовать для питания робота-рыбы. По мере того как она прокачивается через устройство, робот приводится в движение. Таким образом, сердечно-сосудистая система является многофункциональной. Именно это позволяет устройству оставаться ловким, а также увеличить время работы”, – объясняет Пикул.

По сравнению с роботом аналогичной конструкции, но без синтетической крови, “рыба” работала примерно в восемь раз дольше, не уступая при этом в проворности.

В будущем разработчики намерены использовать синтетическую кровь для повышения мощности роботов и машин, которым требуются жидкость, в том числе электромобилей, самолётов и мягких роботов.

В целом такая инновация является шагом к созданию автономных роботов, которые могут выполнять задания без вмешательства человека, считает Роберт Шеферд (Robert Shepherd) из Корнеллского университета.

Мягкие роботы-рыбы могли бы выполнять морскую разведку, обследовать трубопроводы и подводные кабели, следить за жизнью в океане и многое другое.

Американские учёные создали ИИ, способный обойти любую капчу

Американская компания Vicarious научила искусственный интеллект решать reCAPTCHA с рекордной точностью. Проект кардинально отличается от прошлых наработок: вместо анализа тысяч примеров готовых капч система видит буквы, как человек. Исследователи назвали технологию рекурсивной кортикальной сетью, рассказали о принципе её работы и эффективности.

В зрении человека разные группы нейронов распознают поверхности и очертания предметов. Вместо того чтобы воспринимать объекты и виды как подборку из разных деталей, нейроны связываются друг с другом и определяют, какие части принадлежат одной и той же вещи. После реконструкции и распознавания предмета, общий вид выстраивается иерархически, основываясь на целых объектах, а не на отдельных деталях. В результате человек способен распознавать предметы, даже если они видоизменены или искажены. Например, так мы можем читать перевёрнутый и размытый текст.

Рекурсивная кортикальная сеть подражает этим принципам, распознавая контуры, особенности и внутреннее строение объектов. Другие структуры сети отвечают за распознавание характеристик поверхности, заданных этими контурами. Затем полученная информация объединяется в массивы, которые связываются между собой и основывают группы из смежных параметров объекта. Они выстраиваются в иерархию, на вершине которой находятся гипотезы по поводу конечного предмета. Сеть оценивает каждое предположение, определяет самые вероятные и перепроверяет их на расположение в общем двухмерном пространстве. После нескольких подобных проверок технология распознаёт объект даже несмотря на незначительные изменения в форме и положении.

Vicarious AI протестировали эффективность нейронной сети на примере reCAPTCHA: с искажёнными символами из шрифта Georgia система справилась с точностью 94%. Интересно, что человек решает подобные задачи с первого раза только в 87% случаев. С системой BotDetect из Yahoo и PayPal разработка справилась несколько хуже — с 57% точностью. Обычному искусственному интеллекту понадобилось бы 50 000 решённых заранее «капч», в то время как рекурсивную кортикальную сеть обучали только на 260 картинках с отдельными символами.

Авторы технологии назвали проект большим шагом для искусственного интеллекта. В будущем сеть можно обучить и другим задачам: к примеру, распознаванию обычного текста для мгновенного перевода.

Американские учёные создали ИИ, способный обойти любую капчу

Американская компания Vicarious научила искусственный интеллект решать reCAPTCHA с рекордной точностью. Проект кардинально отличается от прошлых наработок: вместо анализа тысяч примеров готовых капч система видит буквы, как человек. Исследователи назвали технологию рекурсивной кортикальной сетью, рассказали о принципе её работы и эффективности.

В зрении человека разные группы нейронов распознают поверхности и очертания предметов. Вместо того чтобы воспринимать объекты и виды как подборку из разных деталей, нейроны связываются друг с другом и определяют, какие части принадлежат одной и той же вещи. После реконструкции и распознавания предмета, общий вид выстраивается иерархически, основываясь на целых объектах, а не на отдельных деталях. В результате человек способен распознавать предметы, даже если они видоизменены или искажены. Например, так мы можем читать перевёрнутый и размытый текст.

Рекурсивная кортикальная сеть подражает этим принципам, распознавая контуры, особенности и внутреннее строение объектов. Другие структуры сети отвечают за распознавание характеристик поверхности, заданных этими контурами. Затем полученная информация объединяется в массивы, которые связываются между собой и основывают группы из смежных параметров объекта. Они выстраиваются в иерархию, на вершине которой находятся гипотезы по поводу конечного предмета. Сеть оценивает каждое предположение, определяет самые вероятные и перепроверяет их на расположение в общем двухмерном пространстве. После нескольких подобных проверок технология распознаёт объект даже несмотря на незначительные изменения в форме и положении.

Vicarious AI протестировали эффективность нейронной сети на примере reCAPTCHA: с искажёнными символами из шрифта Georgia система справилась с точностью 94%. Интересно, что человек решает подобные задачи с первого раза только в 87% случаев. С системой BotDetect из Yahoo и PayPal разработка справилась несколько хуже — с 57% точностью. Обычному искусственному интеллекту понадобилось бы 50 000 решённых заранее «капч», в то время как рекурсивную кортикальную сеть обучали только на 260 картинках с отдельными символами.

Авторы технологии назвали проект большим шагом для искусственного интеллекта. В будущем сеть можно обучить и другим задачам: к примеру, распознаванию обычного текста для мгновенного перевода.

Робота научили брать кровь и проводить ее анализ

Анализ крови — одна из самых распространенных медицинских диагностических процедур в мире, которая позволяет врачам узнать множество самых разнообразных подробностей о состоянии здоровья пациента. Исследователи из Университета Рутгерса создали робота, который может самостоятельно брать пробу крови и проводить ее анализ. Автоматизация процесса делает его не только быстрым, но и дешевым — так что не стоит удивляться, если через десять лет кровь будут брать исключительно машины. Ученые поделились подробностями своей работы на страницах журнала TECHNOLOGY .

Несмотря на кажущуюся простоту, проводить флеботомию (а именно так называется эта процедура по‑научному) совсем непросто. Она требует специальной подготовки и оборудования, от которых напрямую зависит качество материала для анализа. Далеко не каждая клиника может похвастаться всеми необходимыми средствами, а значит и качество самого анализа часто оставляет желать лучшего. Робот призван исправить эти недостатки и совмещает в себе все три основные системы.

Фотография нового робота

Первая система — венопунктурная, благодаря которой робот обнаруживает кровеносные сосуды пациента с помощью ультразвуковых и ИК-датчиков. Собрав все необходимые данные, он составляет 3D-карту сосудистой системы и только после этого вводит иглу в тело пациента. Вторая система — модуль обработки данных. С помощью вакуумных насосов кровь извлекается из сосудов и попадает в специальные резервуары, напрямую соединенные с третьей частью — анализатором крови. Благодаря центрифуге, кровь разделяется на фракции, а оптический микроскоп позволяет роботу проводить качественный и количественный анализ клеток.

Во всех 30 тестовых испытаниях роботу удалось с первого раза попасть иглой в кровеносный сосуд пациента со 100% точностью. Согласно пресс-релизу , он произвел «высокоточный анализ», контроль качества которого ученые смогли проверить благодаря флуоресцентным микромаркерам, которые подсвечивали белые кровяные тельца. Ведущий автор работы, Мартин Л. Ярмуш отзывается о своем изобретении как о «Святом Граале в технологии анализа крови». Он надеется, что в будущем диапазон активности устройства будет расширен, и робот сможет проводить и более серьезный анализ организма человека.

Американские ученые тестируют микроскопического робота для лечения сосудов головного мозга

30.08.2020 | 17:32 | Joinfo.ua

Сердечно-сосудистые заболевания являются одними из самых распространенных и опасных нарушений в работе организма. Робот-червь или робот-змея готов усиленно бороться с опасными патологиями, и Joinfo.ua расскажет, каким образом это осуществится.

Робот: принцип действия

Учеными Массачусетского технологического института в Бостоне был разработан и представлен робот для работы в сосудах головного мозга. Устройство представляет собой длинную нить в несколько сантиметров, напоминающую по форме змею или червя, толщиной 0,5 миллиметра.

Изготовлен робот из сплава титана и никеля, покрыт специальным гидрогелем, обеспечивающим свободное и легкое прохождение внутри сосудов без повреждения тканей.

С помощью такого устройства ученые планируют непосредственно в месте проблемы ликвидировать последствия. Робот будет проникать во внутренние части мозга при помощи магнитного поля. Управление будет осуществляться хирургом.

Главная задача

Разработчики заявляют, что робот способен устранять закупорку сосудов и ликвидировать сгустки крови, мешающие нормальному кровотоку. Такой высокотехнологический «червяк» сможет поставлять лекарственное средство непосредственно в мозг или при помощи лазера убирать тромбы.

Особенную пользу представляет устройство для пациентов с инсультом. Время – решающий фактор влияния на жизнеспособность человека в таком состоянии. Профессор Массачусетского института пояснил, что если уметь воздействовать на мозг пациента в течение первых 90-а минут острого инсульта, то шансы на выживаемость и восстановление пациентов могут значительно увеличиться.

Если робот будет способен эффективно действовать именно в это время, то можно будет избежать необратимого повреждения мозга. Более того, врач сможет управлять роботом из любой точки мира при помощи джойстика, в то время как сам робот будет продвигаться в теле пациента и отслеживаться с применением магнитного поля и рентгеноскопии.

Пока что робот проходит испытания, которые в скором времени будут проводиться уже на человеке. Ученые надеются, что их старания помогут повысить качество и продолжительность жизни пациентам с нарушениями кровообращения и значительно ускорить проводимые манипуляции!

Созданы роботы, оставляющие все более совершенное потомство

Робот, созданный европейскими учеными, сам клеит новые поколения роботов, оценивает их ползучесть и учится на ошибках, создавая более продвинутые поколения.

Причем новые поколения роботов становятся все совершеннее без участия человека.

Главной целью исследования, проведенного учеными из Кембриджского университета и Университета Цюриха, было создание роботов, адаптирующихся к окружающей среде.

Материнская робот-рука конструирует небольших «роботов-детей» и смотрит за тем, как те передвигаются по поверхности. Оценивая то, насколько быстро или медленно дети двигаются, робот-родитель вносит изменения в конструкцию следующих поколений, учитывая опыт предыдущих.

Без какого-либо участия человека или компьютерных симуляций рука создателя при помощи обычного клея делает новых роботов, которые состоят из нескольких специальных блоков — от одного до пяти, внутри которых спрятаны маленькие моторы.

В каждом из пяти отдельных экспериментов рука создавала и тестировала новые поколения из десяти роботов, используя данные, полученные от предыдущего поколения. Результаты, опубликованные в журнале PLoS ONE, показали, что полезные свойства роботов пережили несколько поколений, и потому самые способные из последнего поколения смогли выполнять задания в два раза быстрее лучших из первого поколения.

7 космических фантазий от NASA

«Естественный отбор — это, по сути, размножение, оценка, размножение, оценка и так далее. В общем, это то, чем занимается этот робот, — мы можем наблюдать за совершенствованием и разнообразием видов», — говорит доктор Фумия Лида, автор исследования из Кембриджа.

У каждой особи из нового поколения есть уникальный «геном», являющийся комбинацией пяти генов, каждый из которых несет информацию о его форме и командах, которые выполняет мотор. Как и в природе, эволюция роботов происходит за счет «мутаций», когда составные части одного гена модифицируются, а отдельные гены добавляются или исчезают, а также «скрещивания», при которых новый геном формируется за счет слияния генов двух роботов.

Чтобы определить лучших среди детей, робот-мать оценивает путь, проходимый ими за определенный отрезок времени.

Лучшие роботы внутри каждого поколения переходят неизменными в новое поколение, сохраняя свои способности, а мутациям и скрещиванию при рождении подвергаются менее успешные особи.

Анализ последних поколений показал, что их успех оказался связан не только с улучшением дизайна роботов, но и потому, что материнский робот смог создать новые формы и способы движения, которые человек-дизайнер не смог бы придумать.

Робот-таракан раздвигает границы

«Один из важнейших вопросов биологии, откуда взялся разум, мы смогли исследовать при помощи роботов. Мы привыкли воспринимать роботов как выполняющих однообразные задачи, и обычно они спроектированы для массового производства, а не для массовой настройки. Но мы хотим видеть роботов, способных к инновациям и креативности», — считает Лида.

В природе организмы способны подгонять свои физические характеристики к окружающей среде. Эта адаптация позволяет организмам выживать в широком диапазоне окружающих условий, в том числе двигаться по воде и по твердой поверхности.

Роботы, способные к эволюции, — набирающая популярность область техники, в которой в будущем могут создаваться автономные роботы без вмешательства человека.

Обычно изучение эволюции в роботах проводится при помощи компьютерных симуляций, что позволяет просчитать тысячи и даже миллионы комбинаций. Опыт показал, что робот, способный сам улучшать свои свойства, порождает более успешное потомство. Главная проблема тут — время, поскольку материнскому роботу требуется на создание одного потомка порядка 10 минут.

Источники:
http://nauka.vesti.ru/article/1214449
http://www.playground.ru/misc/amerikanskie_uchyonye_sozdali_ii_sposobnyj_obojti_lyubuyu_kapchu-274615
http://www.playground.ru/misc/amerikanskie_uchyonye_sozdali_ii_sposobnyj_obojti_lyubuyu_kapchu-274615
http://www.popmech.ru/technologies/news-429062-robota-nauchili-brat-krov-i-provodit-ee-analiz/
http://joinfo.ua/hitech/scince/1258799_Amerikanskie-uchenie-testiruyut.html
http://www.gazeta.ru/science/2015/08/12_a_7683487.shtml
http://www.drive2.ru/c/2572497/

Ссылка на основную публикацию