شناگران رباتیک کوچک که بر اساس سلول‌های باکتریایی و اسپرمی مدل‌سازی شده‌اند، می‌توانند با فعال کردن دارورسانی هدفمند، روش‌های کم‌تهاجمی و حتی درمان‌های باروری، پزشکی را متحول کنند.

با این حال، برای اینکه این ریزشناگرهای مصنوعی هوشمند(SAM) مؤثر واقع شوند، دانشمندان باید بدانند که در مایعات بیولوژیکی پیچیده، به خصوص در هنگام حرکت به صورت گروهی چگونه رفتار می‌کنند.

به نقل از آی‌ای، ابرو دمیر(Ebru Demir)، استادیار مهندسی مکانیک دانشگاه لیهای(Lehigh)، از ریزشناگرهای رباتیک با کمک هوش مصنوعی برای پاسخ به سؤالات مربوط به فیزیک نیروی محرکه که این دستگاه‌ها برای استفاده مؤثر در پزشکی باید به آن دست یابند، استفاده می‌کند.

وی می‌گوید: ما می‌دانیم که هرگاه یک شناگر، همسایه‌ای داشته باشد، طور دیگری شنا می‌کند. پرندگان در ساختاری V شکل پرواز می‌کنند، زیرا کارآمدتر است و باعث صرفه‌جویی در انرژی آنها می‌شود، اما برای گروهی از ریزشناگران، ما نمی‌دانیم بهترین ترکیب چیست.

ریزشناگران چگونه در مایعات پیچیده حرکت می‌کنند؟

تیم دمیر قصد دارد ریزشناگرهای رباتیک مجهز به هوش مصنوعی در مقیاس سانتی‌متر را آزمایش کند که قادر به حرکت مستقل و دارای ریزکنترل‌کننده‌ها هستند. هوش مصنوعی در آنها برای اجرای الگوریتم‌های یادگیری تقویتی برنامه‌ریزی شده است.

این ربات‌ها با اندازه‌های بین ۱۰ تا ۲۰ سانتی‌متر، در مایعاتی که مایعات بدن انسان مانند خون را تقلید می‌کنند، مورد آزمایش قرار خواهند گرفت. این سیالات غیر نیوتنی بر خلاف آب، ویسکوزیته خود را با توجه به تنش اعمال شده به خود تغییر می‌دهند که موجب تغییر نحوه عملکرد ریزشناگران می‌شود.

همانطور که ریزشناگرهای مصنوعی هوشمند به طور مستقل حرکت می‌کنند، مغز هوش مصنوعی آنها به طور مداوم حرکت آنها را تجزیه و تحلیل می‌کند و وضعیت بدنه آنها را برای افزایش سرعت و قدرت بهینه می‌کند.

بنابراین اگر شناگر رباتیک به جفت خود نزدیک‌تر شود و سرعت خود را افزایش دهد و به نزدیک‌تر شدن ادامه دهد، سرعت خود را کاهش می‌دهد که به نوبه خود باعث عقب‌نشینی به موقعیت بهینه می‌شود. این ویژگی به ربات‌ها این امکان را می‌دهد که به طور مستقل، چه به صورت جداگانه یا در یک عملکرد مشترک، استراتژی حرکت خود را در حین شنا تغییر دهند.

دمیر می‌گوید: همانطور که ریزشناگرهای مصنوعی هوشمند شنا می‌کنند، دائماً در حال تعامل با محیط هستند، این الگوریتم را اجرا می‌کنند و دوباره محاسبه می‌کنند که در کجای ترکیب قرار دارند و چقدر سریع یا کارآمد حرکت می‌کنند. هدف این است که بهترین استراتژی را پیدا کنیم تا یک خوشه رباتیک با هم به روشی سریع و کارآمد شنا کنند.

کاربردهای بالقوه پزشکی

هدف محققان ایجاد ریزشناگرهایی است که به طور فرضی بتوانند به درون بدن انسان بروند؛ جایی که آنها قادر خواهند بود برای تحویل هدفمند شیمی‌درمانی به طور مستقیم به تومورها در رگ‌های خونی مانور دهند یا بدون نیاز به رقیق کننده‌های خون، لخته‌ها را از میان بردارند.

این فناوری همچنین می‌تواند به اسپرم‌هایی با تحرک کم کمک کند تا در درمان‌های باروری به سمت تخمک حرکت کنند.

دمیر می‌گوید: در این موارد، اسپرم ژنتیک خوبی دارد، اما ممکن است دُم آن به خطر بیفتد و بنابراین شناگران رباتیک می‌توانند اسپرم را به سمت تخمک هول دهند.

ابرو دمیر جایزه معتبر بنیاد ملی علوم(NSF) را برای تحقیقات خود در مورد ریزشناگران هوش مصنوعی دریافت کرده است. او می‌گوید که دریافت جایزه CAREER و آموختن اینکه کار او مورد تایید همکارانش قرار گرفته است، خوشحال کننده است.

وی می‌گوید: هر چقدر هم که کلیشه‌ای به نظر برسد، من می‌خواهم از مهندسی برای کمک به بشریت استفاده کنم.