محققان موفق به توسعه یک شبکه عصبی گسترده با استفاده از چاپ 3 بعدی و مواد کم‌هزینه شدند.

به گزارش چاپ ونشر به نقل از ایسنا، در بسیاری از نوآوری‌های مرتبط با شبکه‌های عصبی، رایانه‌ها و نرم‌افزارها نقش بزرگی را در پروژه‌های موفقیت‌آمیز ایفا کرده‌اند. اکنون یک تیم از مهندسان "دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس"(UCLA) یک شبکه عصبی مصنوعی فیزیکی بسیار پیشرفته که با نرم افزارهای دیگر متفاوت است، توسعه داده‌اند.

همانند بسیاری از شبکه‌های عصبی دیگر، عملکرد این دستگاه چاپ سه‌بعدی مشابه با عملکرد مغز انسان است. با این حال، این دستگاه خاص با سرعت نور عمل می‌کند.

این نوآوری ویژه دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس، توسط دو سیستم استاندارد تشخیص، توسعه یافته است. دستگاه مذکور از یک شبکه عصبی که "شبکه عصبی عمیق پراکنده"(diffractive deep neural network) نامیده می‌شود، استفاده می‌کند و به نور منعکس شده از اشیا نفوذ کرده و با این کار اشیا را سریع‌تر از یک رایانه معمولی شناسایی می‌کند. این دستگاه چاپ سه‌بعدی نه تنها از یک برنامه کامپیوتری پیشرفته استفاده نمی‌کند بلکه برای اجرا حتی به الکتریسیته نیز نیاز ندارد، زیرا این دستگاه با پراکندگی نور عمل می‌کند.

"ایدوگان اوزکان"(Aydogan Ozcan)، پژوهشگر اصلی این مطالعه و استاد مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس گفت: این کار فرصت‌های بنیادین جدیدی را برای استفاده از دستگاه مبتنی بر هوش مصنوعی که بلافاصله داده‌ها، تصاویر و اشیا را تجزیه و تحلیل کند، فراهم می‌سازد.

اوزکان در ادامه افزود: این دستگاه شبکه عصبی مصنوعی نوری به طور مستقیم براساس نحوه عملکرد مغز اطلاعات را مدل‌سازی می‌کند.

این تیم از یک شبیه‌سازی کامپیوتری به عنوان چارچوبی برای ساختن شبکه عصبی مصنوعی استفاده کردند. سپس از یک چاپگر سه‌بعدی برای ساخت ورقه‌های پیچیده و نازک 8 سانتی‌متر قرص‌های سیلیکون استفاده نمودند.

"قرص سیلیسیوم" یا "قرص سیلیکون"(Silicon wafer) یک برش نازک از یک نیمه رسانا مانند بلورهای سیلیسیوم است که در ساخت تراشه‌های الکترونیکی و دیگر ریزابزارها کاربرد دارد.

این لایه‌های سیلیکون سبب می‌شوند تا فرکانس‌های طول موج ساب‌میلیمتری(submillimeter-wavelength frequencies) بتوانند از طریق آنها عبور کنند. این قرص‌ها و پیکسل‌های آنها یک "شبکه نوری" ایجاد می‌کنند که به شناسایی یک شی کمک می‌کند.

 

محققان با توسعه فناوری جدید چاپ 3 بعدی، می‌توانند اندام انسان را همراه با مویرگ‌ها چاپ کنند.

به گزارش چاپ و نشر به نقل از ایسنا، محققان موسسه Prellis Biologics یک رویای علمی-تخیلی چاپ 3 بعدی اندام انسان برای پیوند را به واقعیت نزدیک کردند.

آنها یک تکنیک چاپ 3 بعدی سریع و با وضوح بالا توسعه داده‌اند که می‌تواند بافت زنده‌ای که حاوی مویرگ‌های کارآمد با توانایی انتقال خون است، تولید کند.

این تکنیک جدید اجازه می‌دهد تا سلول‌ها اکسیژن و مواد مغذی را به اندازه کافی برای زنده ماندن در حین ساخت ساختارهای پیچیده دریافت کنند.

به گفته دولت ایالات متحده، روزانه 20 نفر از بیش از 114 هزار نفری که در انتظار پیوند عضو هستند، می‌میرند که به دلیل کمبود شدید اهدا کنندگان است، اما مشکلات مربوط به بیماری و سازگاری بافت نیز به این موضوع کمک می‌کند.

اگر اندام بتوانند از سلول‌های سازگار بدون بیماری چاپ شوند، کمک شایانی به پاسخگویی به نیاز جامعه خواهد بود، اما این کار ساده نیست.

چاپ بافت زنده شامل تهیه یک داربست یا شبکه از مواد زیست‌سازگار مانند هیدروژل است که از موادی که معمولا سلول‌های اندام را تشکیل می‌دهند، تشکیل شده است.

چاپگر با استفاده از یک فایل دیجیتالی، اول داربست را می‌سازد و سپس سلول‌های بنیادی را تزریق می‌کند و بافت‌های مناسب را سازماندهی می‌کند.

مشکل این است که سلول‌های بدن نیاز به تامین ثابت و معین اکسیژن و مواد مغذی دارند که اگر از آنها محروم شوند، طی حدود 30 دقیقه می‌میرند.

برای جلوگیری از این مشکل، بافت زنده عروق‌بندی شده است. بدین معنی که شبکه‌ای پیچیده از مویرگ‌های کوچک است که خون را برای تغذیه و رساندن اکسیژن به سلول‌ها در سراسر بافت حمل می‌کنند.

بافت طبیعی، این امکان را به طور ذاتی داراست، اما چاپ تنها یک سانتیمتر مکعب از چنین بافتی با فناوری چاپ 3 بعدی می‌تواند چندین هفته به طول بیانجامد.

حتی اگر چاپگر، مویرگ‌ها را نیز بسازد، در نهایت بافت، یک توده از سلول‌های مرده خواهد بود، چرا که سلول‌ها پیش از اتمام چاپ به دلیل نرسیدن مواد مغذی و اکسیژن می‌میرند. بنابراین روش معمول این است که بافت در ورق‌های بسیار نازک چاپ می‌شود که به طور مداوم، غرق در یک جریان سیال مواد مغذی نگه داشته شود.

روش جدید محققان، چاپ اندام‌های کاملا کاربردی با استفاده از یک روش چاپ هولوگرافی با دقت 0.5 میکرون یا 10 برابر کوچک‌تر از زیست‌چاپگرهای رایج با سرعت 1000 برابر است. به عبارت دیگر، سیستم پشتیبانی نوری آن با استفاده از لیزر مادون قرمز و تشکیل داربست هیدروژل، آن را قادر می‌سازد یک بلوک از بافت و کل شبکه عروقی آن را در کمتر از 12 ساعت چاپ کند.

دکتر "ملانی متیو"، مدیرعامل و بنیانگذار موسسه Prellis Biologics می‌گوید: سرعت ما وابسته به سیستم نوری است. ما اکنون در حال توسعه سیستم‌های نوری سفارشی هستیم که به طور چشمگیری توانایی‌های ما را افزایش می‌دهند.

وی افزود: هدف نهایی ما چاپ کل شبکه عروقی یک کلیه در 12 ساعت یا کمتر است.

دکتر متیو می‌گوید که اگر بتوانند چاپ کامل اندام را محقق کنند، نه تنها تاثیر قابل توجهی در عمل پیوند اعضا خواهد گذاشت، بلکه با کاهش تقاضا برای سیستم‌های اکسیژن، دیالیز، تزریق انسولین و درمان‌های مشابه، هزینه‌های پزشکی را کاهش خواهد داد.

این فناوری همچنین در زمینه توسعه داروها و سم‌شناسی کمک خواهد کرد.