L'intelligenza artificiale accelera la ricerca con le nanoparticelle
Significativo risparmio di tempo
Un gruppo di ricerca dell'Università di Costanza è riuscito ad adattare un sistema di intelligenza artificiale in modo tale da aiutare in modo affidabile la misurazione delle particelle nella ricerca su scala nanometrica, accelerando così in modo significativo i processi di ricerca.
L'intelligenza artificiale segmenta tutte le unità di informazione su un'immagine microscopica. Inoltre, riconosce e misura automaticamente le nanoparticelle a forma di bruco.
Universität Konstanz
Quando i ricercatori si occupano di nanoparticelle, trascorrono gran parte del loro tempo di lavoro facendo una cosa in particolare: Contare e misurare. Devono controllare i risultati in ogni fase del loro lavoro. Di solito lo fanno analizzando immagini al microscopio, sulle quali si affollano centinaia di nanoparticelle. Contarle e misurarle richiede molto tempo, ma è essenziale per arrivare a risultati basati su valutazioni statistiche ed essere quindi in grado di effettuare la successiva sintesi ottimizzata delle particelle.
Alexander Wittemann è professore di chimica dei colloidi all'Università di Costanza. Insieme al suo team, affronta questo processo quotidianamente. "Quando ero ancora uno studente di dottorato, facevamo queste misurazioni con una grande macchina per il conteggio delle particelle. Una specie di registratore di cassa. Se riuscivo a misurare trecento nanoparticelle al giorno, era molto", racconta. Tuttavia, statistiche affidabili richiedono migliaia di misurazioni per ogni campione. Con l'aumento dell'uso delle tecnologie informatiche, questo può essere fatto più rapidamente. Ma i metodi automatizzati sono molto soggetti a errori e molte cose devono ancora essere misurate o almeno controllate dai ricercatori stessi.
Rilevamento pulito anche con particelle complicate
Una serie di circostanze durante la pandemia di coronavirus ha fatto incontrare Wittemann con il suo dottorando Gabriel Monteiro, che non solo conosce la programmazione e l'IA, ma ha anche legami con gli informatici. Insieme, Wittemann e Monteiro hanno sviluppato un programma basato sulla tecnologia open source di IA "Segment Anything Model", sviluppata da Meta. Il programma consente il rilevamento di singole nanoparticelle su un'immagine microscopica e la successiva misurazione automatica di ogni singola particella.
"Per le particelle chiaramente definibili, il metodo dello spartiacque ha funzionato abbastanza bene finora. Ora, però, siamo in grado di catturare automaticamente anche le particelle a forma di manubrio o di bruco, cioè costituite da due o tre sfere allineate l'una accanto all'altra", spiega Wittemann. "In questo modo si risparmia un'enorme quantità di tempo", aggiunge. "Nel tempo che normalmente impiegheremmo per eseguire una sola sintesi di particelle e poi analizzarle in un processo che richiede molto tempo, ora possiamo concentrarci sulla sintesi delle particelle e sugli esami microscopici e lasciare che l'IA faccia la maggior parte del resto. Quest'ultimo è ora possibile in una frazione del tempo originale. Con lo stesso tempo è possibile effettuare da otto a dieci analisi di particelle".
Inoltre, le analisi dell'IA non sono solo più efficienti, ma anche più affidabili. Rispetto ad altri metodi, anche a quelli eseguiti dall'uomo, il metodo AI riconosce i singoli frammenti in modo più accurato e li misura con maggiore precisione. Su questa base, gli esperimenti successivi possono essere adattati ed eseguiti con maggiore precisione, portando a un più rapido successo della serie di test.
Il team di ricerca sta rendendo disponibile la nuova routine AI, tutto il codice necessario e i dati dello studio come open access tramite Git Hub e KonData, per consentire ad altri ricercatori di lavorare con essa e promuovere il dialogo.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
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