За допомогою штучного інтелекту дослідники розробили кістку
За допомогою машинного навчання та 3D-друку, науковцям вдалося створити матеріал, схожий на справжню кістку. В майбутньому це відкриття радикально змінить традиційну ортопедичну хірургію. Вважається, що штучна кістка зменшить післяопераційні ускладнення та пришвидшить загоєння.
Мета дослідження
Кістки та пташине пір’я мають доволі унікальну архітектуру побудови, завдяки якій максимально ефективно розподіляється фізичне навантаження. Однак тривалий час вчені не могли зрозуміти зв’язок між модуляцією напруги та структурою. Нещодавно вчені провели дослідження, в якому використали можливості штучного інтелекту, 3D-друк та експерименти з навантаженням, щоб створити матеріал максимально наближений до людської кістки. В майбутньому його планують використовувати для ортопедичного відновлення стегнової кістки після перелому чи інших ушкоджень.
Як створювали штучну кістку
Дослідження очолила Шеллі Чжан, професор цивільної та екологічної інженерії в Університеті Іллінойсу Урбана-Шампейн. Разом з аспірантом Інкі Цзя та професором Ке Лю з Пекінського університету вони розробили інноваційний підхід в ортопедії.
Чжан розповіла, що вони використали бази даних матеріалів, віртуальний стимулятор росту та алгоритми машинного навчання, щоб створити віртуальний прототип кістки. Потім вони вивчали взаємозв’язок між структурою отриманого матеріалу та його фізичними властивостями. Згодом їм вдалося розробити алгоритми обчислювальної оптимізації, завдяки яким вдалося зрозуміти як навантаження розподіляється по кістці.
Лише після цього команда дослідників за допомогою 3D-друку виготовила повномасштабний прототип нового біологічного матеріалу зі смоли. Його прикріпили до синтетичної моделі зламаної стегнової кістки та провели вимірювання в реальному просторі. Як зазначають дослідники, подібний підхід дозволяє вирощувати синтетичний матеріал у спосіб, по якому будуються біологічні системи. Використовуючи можливості штучного інтелекту та передові технології згодом можна буде вирощувати будь-яку біологічну систему.
