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發(fā)布時(shí)間：2024-08-22 23:31:09 來(lái)源：本站 作者：admin
華盛頓州立大學(xué)發(fā)表在《先進(jìn)材料技術(shù)》雜志上的這項(xiàng)研究可以讓 3D 打印在從人造器官到柔性電子產(chǎn)品和可穿戴生物傳感器等各種復(fù)雜設(shè)計(jì)中更加無(wú)縫地發(fā)揮作用。作為研究的一部分，該算法學(xué)會(huì)了識(shí)別并打印腎臟和前列腺器官模型的最佳版本，并打印出 60 個(gè)不斷改進(jìn)的版本。
“你可以優(yōu)化結(jié)果，節(jié)省時(shí)間、成本和勞動(dòng)力，”論文共同通訊作者、華盛頓州立大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院 Berry 助理教授 Kaiyan Qiu 說(shuō)。
近年來(lái)，3D 打印的使用不斷增長(zhǎng)，工業(yè)工程師可以快速將計(jì)算機(jī)上的定制設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為各種產(chǎn)品，包括可穿戴設(shè)備、電池和航空航天部件。
但對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，嘗試為他們的打印項(xiàng)目開(kāi)發(fā)正確的設(shè)置是繁瑣且低效的。例如，工程師必須決定材料、打印機(jī)配置和噴嘴的分配壓力，所有這些都會(huì)影響最終產(chǎn)品。
“潛在組合的數(shù)量之多令人眼花繚亂，每次試驗(yàn)都要花費(fèi)時(shí)間和金錢，”共同通訊作者、華盛頓州立大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系 Huie-Rogers 特聘副教授 Jana Doppa 說(shuō)道。
邱多年來(lái)一直致力于開(kāi)發(fā)復(fù)雜、逼真的人體器官 3D 打印模型。例如，它們可用于培訓(xùn)外科醫(yī)生或評(píng)估植入設(shè)備，但模型必須包括真實(shí)器官的機(jī)械和物理特性，包括靜脈、動(dòng)脈、通道和其他詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
邱、Doppa 和他們的學(xué)生使用一種名為貝葉斯優(yōu)化的 AI 技術(shù)來(lái)訓(xùn)練和找到優(yōu)化的 3D 打印設(shè)置。訓(xùn)練完成后，研究人員能夠優(yōu)化器官模型的三個(gè)不同目標(biāo)——模型的幾何精度、重量或多孔性以及打印時(shí)間。例如，器官模型的孔隙度對(duì)于外科手術(shù)實(shí)踐很重要，因?yàn)槟Ｐ偷臋C(jī)械性能會(huì)根據(jù)其密度而變化。
“很難平衡所有目標(biāo)，但我們能夠取得良好的平衡，并實(shí)現(xiàn)打印出質(zhì)量最佳的物體，無(wú)論打印類型或材料形狀如何，”共同第一作者 Eric Chen 說(shuō)道，他是華盛頓州立大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院 Qiu 團(tuán)隊(duì)的訪問(wèn)學(xué)生。
共同第一作者、華盛頓州立大學(xué)電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院研究生 Alaleh Ahmadian 補(bǔ)充說(shuō)，研究人員能夠以平衡的方式看待所有目標(biāo)以獲得有利結(jié)果，并且該項(xiàng)目受益于其跨學(xué)科視角。
“通過(guò)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)來(lái)創(chuàng)造現(xiàn)實(shí)世界的影響，從事跨學(xué)科研究是非常有意義的，”她說(shuō)。
研究人員首先訓(xùn)練計(jì)算機(jī)程序打印出前列腺的手術(shù)演練模型。由于該算法具有廣泛的可推廣性，他們可以輕松地對(duì)其進(jìn)行微調(diào)以打印出腎臟模型。
“這意味著這種方法可以用于制造其他更復(fù)雜的生物醫(yī)學(xué)設(shè)備，甚至可用于其他領(lǐng)域，”邱說(shuō)。
這項(xiàng)工作由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、WSU Startup 和 Cougar Cage Funds 資助。
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