El gos és un material meravellós. Els científics estan desafiant la física per imitar-la per als substituts més permanents.

Fa uns anys, l'Amir Zador buscava un nou material especial. Necessitava algú que es feia més gruixut quan estava, però també seria tan sòlid com els ossos, escriuva BBC, difusió Periscope.

Era una petició molt difícil. Penseu en el que passa quan treus un cinturó flexible dels dos extrems - mentre s'estén, la flexibilitat es torna més prima. Zi pobres, professor otopèdic de la Universitat Leiden Centre mèdic dels Països Baixos, i el seu equip necessitava una cosa que faria tot el contrari. Gairebé hauria de desafiar les lleis de la física.

El problema que s'enfrontaven eren els malucs. Els substituts mòbils són un dels procediments més comuns que s'han dut a terme arreu del món. El problema és que la gent amb conques artificials pren al voltant de dos milions de passes l'any, que es tracta d'un implant que ho consumeixi gradualment. Després d'una dècada o més ús, els implants sovint han de ser reemplaçats.

Zipòs i els seus col·legues esperaven resoldre aquest problema col·locant dos materials diferents que es porten de maneres oposats quan es troben a cada costat de la base d'un implant - un que esdevé més gruixut quan es comprimeix i l'altre que és més gruixut quan s'estaja. Això ajudaria a suavitzar el femur quan el nus estava sota pressió i asseguraria que l'implant encara està fermament fixat en l'os.

Això reforçaria l'enllaç entre l'os i el"implant, Zador diu. Totes les seves investigacions havien suggerit que funcionaria. Excepte que hi havia un altre obstacle, alguns materials coneguts que es tornen més gruixuts quan menteixen anomenaven materials auxètics tendeixen a ser suaus i flexibles. S'utilitzen en cascs i escuts de genoll, per exemple.

"Estàvem tractant de trobar aquesta sagrada arca d'autenticitat i també una rigidesa alta per poder carregar el carregament", diu Zadpup. "Això esdevé una cacera aterridora.

L'aprenentatge automàtic també pot habilitar adaptar els implants d'os individuals a l'anatomia del pacient.

L'equip es va convertir en intel·ligència artificial per ajudar. Usant un sistema IA entrenat per predir com es poden comportar diversos materials, van ser capaços d'incloure propietats específiques que desitjaven. La màquina va tornar amb un disseny d'alguna cosa coneguda com"companyr" - materials que es poden modificar per canviar les seves estructures microscòpices.

El seu treball és només un exemple de com els científics estan cada cop més dirigint-se a la IA per ajudar-los a desenvolupar materials que una vegada no haurien estat detectats. I demostra ser especialment poderós per als que intenten imitar les propietats del teixit biològic.

"Amb l'aprenentatge automàtic podeu fer (el procés) molt més ràpid i això us permet explorar milers a milions d'altres estructures per trobar el que necessiteu", Zador diu.

Els metamatals es poden dissenyar per tenir una varietat de persones, depenent de la seva estructura interna, poden comportar-se com un cos sòlid o com un líquid depenent d'una freqüència específica de la veu que s'aplica, per exemple. Però trobar que l'estructura interna desitjada és encara un repte quan confiem en mètodes físics o simulacions.

Pot necessitar un any per desenvolupar i entrenar un model IA per generar dissenys de nous materials, diu Sid Kumar, professor associat a la ciència de materials de TT Delft als Països Baixos. Però un cop això estigui en marxa, pot trigar minuts o fins i tot segons pel sistema per generar dissenys viables.

En un dels seus projectes, Kumar i els seus col·legues van utilitzar la IA per venir amb un saquital que es pot fer servir per crear implants d'os suaus per reparar les fractures complexes, que són comunes per als ancians. Putes, cargols i bidons fetes de titani o acer sovint s'utilitzen, però els ossos no sempre es curen bé al seu voltant. Això pot significar que aquests implants no estan ben integrats, deixant-los dèbils.

Els investigadors van pensar que un material més suau que encara ofereix l'estructura podria imitar el teixit suau que, naturalment, formes de recuperació en una fractura. Volien un homater que inclou una estructura de microestructura web similar, però també té propietats similars a un fluid o hidrogel. Aquest material suau, que es pot dissenyar per semblar una bena circular que contingui forats, es situarà en un marc perquè les cèl·lules vives la puguin colonitzar i permetre que s'involucri amb l'os.

La fase d'alta recuperació és crucial per a l'èxit", diu que Xiao-Hain, un assistent d'enginyeria biomatàries a Zurich a Suïssa i membre de l'equip d'investigació.

Els implants metàl·lics usats per reparar fractures també són més flexibles que l'os, que poden ser problemàtics perquè absorbeixen les forces exteriors. Per tant, els ossos que formen al seu voltant no experimenten problemes durant l'exercici i poden començar a morir.

Així que Kumar i els seus col·legues també volien una metamateria que tingués la mateixa forma i propietats que es poden trobar a les vores dels ossos llargs, com els dels nostres braços i els peus. Aquí, l'os interior té una estructura d'estil similar a la del préstec de mel, coneguda com l'os trabcular, que proporciona força i la capacitat d'absorbeix els xocs.

En el treball anterior, Kumar i els seus col·legues havien introduït una nova classe de reunions, anomenada "Cinòdics," que comparteixen algunes característiques importants amb l'os de por. Tots dos tenen estructures internes similars a una xarxa que és lleugerament irregular. Depenent de com són gestionats, creen diferents nivells de força i rigidesa.

Donant un algoritme el model d'aprenentatge automàtic una llista de propietats que buscaven, com la rigidesa específica d'un os de femur, Kumar i els seus col·legues van poder generar dissenys de pingoido que s'interposen a l'os humà. Poden imitar la seva cura, així com la seva pròpia estructura de panys, per exemple, i com es comporta quan una força s'aplica a ella.

Això és important perquè potser voldreu que una regió dels implants sigui més rígida, una altra regió sigui més porosa i una altra regió per animar el creixement del teixit", diu Mohammad Mizli, professor d'enginyeria biomedica a TTU Delft, que no estava implicat en el treball.

Kumar i el seu equip també van poder mostrar que el disseny podia produir-se usant tècniques d'impressió tridimensional. El seu pròxim pas és executar proves per esbrinar com funcionaria si fos implantat al cos humà.

Potser després d'uns anys, serem capaços de fer implants d'os mimetics", diu Kumar.

A més, els seus col·legues s'han avançat amb la seva recerca per trobar un acord impossible per als implants del maluc. S'han afegit a la seva llista de propietats - sempre que sigui estable sota l'estrès i adequada per adaptar-se a la conca variable del pacient.

Per reunir-se amb la seva llarga llista de desitjos, Zadpophip i el seu equip van rebre tres models diferents d'aprenentatge automàtic per unir-se a les forces i a la conjunta per buscar una reunions viables. Aquest enfocament va resultar en diversos dissenyslàmatical que serien adequats per usar-se en un implant d'os, que Zador diu que seria impossible aconseguir sense intel·ligència artificial degut a la complexitat del deure.

En el futur, l' aprenentatge automàtica també pot habilitar adaptar els implants d'os individuals a l'anatomia del pacient, que hauria de fer-lo durar més, Zador diu. / Periscope/