• abril 16, 2019
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Diseñado un microscopio robótico ultrarrápido para buscar materia oscura

Diseñado un microscopio robótico ultrarrápido para buscar materia oscura

Un grupo de científicos ruso-italianos de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia MISIS (NUST MISIS) (Moscú) y el Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN, Nápoles) desarrollaron una tecnología simple y rentable que permitirá incrementar decenas de veces la velocidad de funcionamiento de microscopios automáticos en varias áreas: desde la física nuclear y el tratamiento de cáncer hasta la arqueología y vulcanología. Los resultados de trabajo están publicados en la conocida revista científica Scientific Reports de la editorial Nature (https://www.nature.com/articles/s41598-019-39415-8).

La ciencia actual necesita sistemas de escaneado a alta velocidad capaces de llevar a cabo un análisis de alta precisión de la estructura interna de las muestras obteniendo y procesando grandes volúmenes de la información. Tales sistemas incluyen microscopios automáticos de nueva generación que, de hecho, son robots dotados con equipos mecánicos y ópticos de alta precisión y con una videocámara de alta velocidad. La velocidad de funcionamiento de estos microscopios supera millones de veces la de un microscopista experto.

Mientras, los científicos buscan las posibilidades de incrementar la velocidad de funcionamiento de los robots actuales. Los microscopios más avanzados serán indispensables por ejemplo para el uso en los proyectos dedicados a la búsqueda de la materia oscura en que habrá que trabajar con decenas de toneladas de capas de emulsión en los detectores que registran las trazas de varias partículas. La llamada materia oscura es una sustancia enigmática de que está compuesta la mayor parte de la materia del Universo, según las hipótesis. Los científicos creen que el volumen de la materia oscura en cada galaxia supera unas 8 ó 10 veces el de la materia visible y esta materia oscura no permite a las estrellas dispensarse.

«En nuestra investigación se ensayó la tecnología de escaneado óptico plenamente automático de muestras finas que se empleará en los microscopios automáticos de nueva generación. Analizamos su rendimiento y evaluamos la velocidad accesible de escaneado en comparación con los métodos tradicionales», informa a RIA Novosti uno de los autores de la investigación, empleado de la NUST MISIS y de INFN, Andréi Alexándrov.

«La tecnología de visión automática hace posible que los microscopios automáticos detecten objetos en tiempo real y decidan independientemente si es necesario procesar las imágenes o pasar a otro punto. Ahora para procesar un gran flujo de imágenes (aproximadamente, 2 GB por segundo de cada videocámara) y acelerar los cálculos intensos se usa la tecnología de cálculos paralelos: unidades de procesamiento gráfico CUDA y GPU. Hemos desarrollado la tecnología de giro del plano focal del observatorio», destaca Andréi Alexándrov.

Según el científico, «la eficacia y la precisión de este enfoque son comparables con las tradicionales, mientras que la velocidad de escaneado es proporcional al número de cámaras instaladas, lo que permite constatar un avance considerable».

Los científicos planean crear y ensayar el prototipo real de nueva generación en que se use la tecnología de giro del plano focal del observatorio. La velocidad de tales microscopios incrementada de 10 a 100 veces permite aumentar el volumen de datos procesados, reducir el tiempo de su análisis sin grandes gastos financieros y ampliar las fronteras de empleo del método de detectores de trazas con el uso de emulsión.

«Los futuros ensayos científicos con el uso de tales detectores se dedicarán a la búsqueda de las partículas de la materia oscura, la investigación de la física de neutrinos, el estudio de la fragmentación de iones para el tratamiento de cáncer con hadrones y la protección de los tripulantes de las misiones espaciales de los rayos cósmicos», señala Andréi Alexándrov.

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