Коллектив ученых разработал простую и притом экономически выгодную технологию, позволяющую в несколько десятков раз повысить скорость работы автоматизированных микроскопов, применяемых в самых разных областях – от ядерной физики и лечения рака до археологии и вулканологии.
Результаты работы опубликованы в престижном международном научном журнале Scientific Reports издательского дома Nature, передает РИА Новости.
Современная наука требует применения высокоскоростных сканирующих систем, способных проводить высокоточный анализ внутренней структуры образцов, получать и обрабатывать большие объемы информации. Такими системами являются автоматизированные микроскопы (АМ) нового поколения – роботы, оснащенные высокоточными механикой, оптикой и высокоскоростной видеокамерой. Эти микроскопы действуют в миллионы раз быстрее микроскописта-человека.
Но ученые ищут способ в разы увеличить скорость работы уже имеющихся роботов. Более совершенные микроскопы будут незаменимы, например, в экспериментах по поиску темной материи, где в прямом смысле придется иметь дело с десятком тонн эмульсионных пленок из детекторов, с помощью которых фиксируются следы различных частиц. Так называемая темная материя – загадочная субстанция, на чью долю, как считается, приходится большая часть массы материи во Вселенной. По оценкам ученых, в каждой галактике, как правило, примерно в 8-10 раз больше темной материи, чем ее видимой «кузины», и эта темная материя удерживает звезды на месте и не дает им «разбежаться».
«В нашем исследовании протестирована технология полностью автоматизированного оптического сканирования тонких образцов, на которой будет основано новое поколение автоматизированных микроскопов. Мы анализировали производительность, и оценили достижимую скорость сканирования в сравнении с традиционными методами», — сообщил РИА Новости один из авторов исследования, сотрудник Национального исследовательского технического университета «МИСиС» (Москва) и Национального института ядерной физики (INFN, Неаполь, Италия) Андрей Александров.
«Технология машинного зрения позволяет автоматизированным микроскопам в режиме реального времени распознавать объекты и самостоятельно решать, обработать их изображения или сдвинуться в другую точку. Сейчас для обработки большого (примерно 2 гигабайта в секунду с каждой видеокамеры) потока изображений и ускорения интенсивных вычислений активно применяется технология параллельных вычислений CUDA и GPU-видеокарты. Мы же реализовали технологию поворота фокальной плоскости объектива», — отметил Александров.
По словам ученого, «эффективность и точность данного подхода оказались сопоставимы с традиционными, в то время как скорость сканирования – пропорциональна количеству установленных камер, что позволяет говорить о значительном прогрессе».
Далее ученые намерены создать и протестировать рабочий прототип нового поколения, использующий реализованную ими технологию поворота фокальной плоскости. В 10—100 раз выросшая скорость таких микроскопов позволяет значительно увеличить объем обрабатываемых данных, уменьшить время их анализа без больших финансовых затрат, и расширить границы применимости метода эмульсионных трековых детекторов.
«Будущие научные эксперименты, оперирующие подобными детекторами, будут посвящены поиску частиц темной материи, исследованию физики нейтрино, изучению фрагментации ионов для нужд адронной терапии рака и защите экипажей межпланетных миссий от космических лучей», — сказал Александров.
Подписывайтесь на канал «Хвилі» в Telegram, на канал «Хвилі» в Youtube, страницу «Хвилі» в Facebook
