de.wedoany.com-Bericht: Einem Forschungsteam der Universität Göteborg und der Technischen Hochschule Chalmers in Schweden ist es gelungen, ein KI-System namens SmartTrap den Umgang mit optischen Pinzetten zu lehren, wodurch diese vollautomatisch betrieben werden können. Das System ist in der Lage, eigenständig den gesamten Prozess der Partikelerfassung, -positionierung, -messung und des Probenwechsels durchzuführen und Experimente wie am Fließband kontinuierlich durchzuführen, was die Effizienz der Analyse mikroskopischer Partikel erheblich steigert. Die Forschung zeigt, dass SmartTrap Hunderte von Partikeln pro Stunde klassifizieren und charakterisieren kann und in Einzelmolekül-DNA-Streckungsexperimenten 10 bis 15 Tests pro Stunde durchführt – eine Leistung, die die erfahrener menschlicher Bediener erreicht oder teilweise sogar übertrifft. Dieses Ergebnis verspricht, Wissenschaftler von mühsamen, sich wiederholenden Tätigkeiten zu befreien und Experimente in den Lebenswissenschaften, der Biophysik und der Krankheitsforschung in Richtung Intelligenz voranzutreiben.
Die traditionelle Bedienung optischer Pinzetten ist äußerst anspruchsvoll und erfordert die ständige Überwachung und Entscheidungsfindung durch speziell ausgebildete Forscher, was zu einem geringen Experimentaldurchsatz, langen Bearbeitungszeiten und potenziellen Unterschieden zwischen verschiedenen Forschern führt. Durch die Integration von Bildanalyse, Echtzeit-Deep-Learning-Algorithmen, maßgeschneiderter Elektronik, präziser Flüssigkeitssteuerung und einem Rückkopplungsmechanismus im geschlossenen Regelkreis ermöglicht SmartTrap eine dreidimensionale Positionierung im Nanometerbereich und einen autonomen Experimentierablauf. Nach Abschluss einer Messung kann es automatisch eine neue Probe laden und die Experimente fortsetzen.
Tests zeigen, dass dieselbe Aufgabe, wenn sie manuell erledigt wird, typischerweise das 10- bis 100-fache der Zeit des KI-Systems benötigt und zudem anfällig für Ermüdung und nachlassende Konzentration ist. Das Forschungsteam nutzte das System auch zur Messung der mechanischen Steifigkeit roter Blutkörperchen und zur Kartierung nanoskaliger elektrostatischer Kräfte zwischen Partikeln unter verschiedenen Salzkonzentrationen. SmartTrap basiert auf Open-Source-Software und könnte sich in Zukunft zu einer gemeinsamen Plattform entwickeln, die den Aufbau intelligenter Mikroskope und automatisierter Labore vorantreibt und tiefgreifende Auswirkungen auf die biomedizinische Forschung, die Arzneimittelentwicklung und die Grundlagenwissenschaften haben wird.
