Специалисты Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" (Москва) совместно с коллегами из Национального Института Ядерной Физики (INFN, Неаполь, Италия) представили инновационное решение. Их технология значительно повышает скорость работы автоматизированных микроскопов (АМ) – в 10-100 раз! Этот скачок производительности открывает новые горизонты для ученых в медицине, ядерной физике, астрофизике, физике нейтрино, археологии, геологии и вулканологии.
Новое поколение автоматизированных микроскопов
«Наше исследование успешно протестировало технологию полностью автоматического оптического сканирования тонких образцов. Именно она ляжет в основу АМ будущего поколения. Мы тщательно оценили производительность и достижимую скорость сканирования, сравнив ее с классическими подходами», — поделился один из авторов работы, ученый НИТУ «МИСиС» и INFN Андрей Александров.
Скорость и точность для современной науки
Сегодняшние научные задачи требуют высокоскоростных сканирующих систем. Они должны проводить сверхточный анализ внутренней структуры материалов и обрабатывать огромные массивы данных. Этим требованиям отвечают АМ нового поколения – настоящие роботы с прецизионной механикой, качественной оптикой и скоростными камерами. Такие системы работают в миллионы раз быстрее человека-микроскописта, не устают и функционируют круглосуточно.
Ключевое применение: трековые детекторы
Современные АМ незаменимы для оптического сканирования эмульсионных трековых детекторов. Эти многотонные установки содержат миллионы эмульсионных пленок. Поскольку скорость АМ напрямую влияет на возможности детекторов, научное сообщество активно ищет пути ускорения существующих роботов и создания принципиально новых, гораздо более быстрых моделей. Такие микроскопы станут ключевым инструментом в экспериментах по поиску темной материи, где потребуется беспрецедентно точно анализировать десятки тонн нано-эмульсионных трекеров в сжатые сроки.
Инновация: Поворот фокальной плоскости
«Технологии машинного зрения позволяют АМ в реальном времени распознавать объекты и принимать решения: обрабатывать изображение или перемещаться дальше. Для обработки интенсивного потока данных (~2 ГБ/сек с камеры) и ускорения вычислений широко применяются параллельные вычисления на базе CUDA и GPU-видеокарт. Наша же команда реализовала принципиально иную технологию – поворот фокальной плоскости объектива», — пояснил Андрей Александров.
Эффективность и блестящие перспективы
По словам исследователя, результаты показали, что эффективность и точность нового подхода не уступают традиционным методам. При этом скорость сканирования растет пропорционально количеству установленных камер, что знаменует значительный прогресс в области.
Следующим шагом станет создание и испытание рабочего прототипа микроскопа нового поколения на основе этой технологии. Увеличение скорости в 10-100 раз позволит обрабатывать значительно большие объемы данных, сократить время анализа без существенных затрат и существенно расширить сферу применения эмульсионных трековых детекторов. «Будущие эксперименты с такими детекторами сосредоточатся на поиске частиц темной материи, изучении физики нейтрино, исследовании фрагментации ионов для адронотерапии рака и защиты космонавтов в межпланетных полетах от радиации», — заключил Александров.
