Ученые создали сверхбыстрый робот-микроскоп для поиска темной материи

МОСКВА, 5 апр - РИА Новости. Российско-итальянский коллектив ученых разработал простую и притом экономически выгодную технологию, позволяющую в несколько десятков раз повысить скорость работы автоматизированных микроскопов, применяемых в самых разных областях – от ядерной физики и лечения рака до археологии и вулканологии. Результаты работы опубликованы в престижном международном научном журнале Scientific Reports издательского дома Nature.

Современная наука требует применения высокоскоростных сканирующих систем, способных проводить высокоточный анализ внутренней структуры образцов, получать и обрабатывать большие объемы информации. Такими системами являются автоматизированные микроскопы (АМ) нового поколения – роботы, оснащенные высокоточными механикой, оптикой и высокоскоростной видеокамерой. Эти микроскопы действуют в миллионы раз быстрее микроскописта-человека.

Но ученые ищут способ в разы увеличить скорость работы уже имеющихся роботов. Более совершенные микроскопы будут незаменимы, например, в экспериментах по поиску темной материи, где в прямом смысле придется иметь дело с десятком тонн эмульсионных пленок из детекторов, с помощью которых фиксируются следы различных частиц. Так называемая темная материя – загадочная субстанция, на чью долю, как считается, приходится большая часть массы материи во Вселенной. По оценкам ученых, в каждой галактике, как правило, примерно в 8-10 раз больше темной материи, чем ее видимой "кузины", и эта темная материя удерживает звезды на месте и не дает им "разбежаться".

"В нашем исследовании протестирована технология полностью автоматизированного оптического сканирования тонких образцов, на которой будет основано новое поколение автоматизированных микроскопов. Мы анализировали производительность, и оценили достижимую скорость сканирования в сравнении с традиционными методами", - сообщил РИА Новости один из авторов исследования, сотрудник Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" (Москва) и Национального института ядерной физики (INFN, Неаполь, Италия) Андрей Александров.

"Технология машинного зрения позволяет автоматизированным микроскопам в режиме реального времени распознавать объекты и самостоятельно решать, обработать их изображения или сдвинуться в другую точку. Сейчас для обработки большого (примерно 2 гигабайта в секунду с каждой видеокамеры) потока изображений и ускорения интенсивных вычислений активно применяется технология параллельных вычислений CUDA и GPU-видеокарты. Мы же реализовали технологию поворота фокальной плоскости объектива", - отметил Александров.

По словам ученого, "эффективность и точность данного подхода оказались сопоставимы с традиционными, в то время как скорость сканирования – пропорциональна количеству установленных камер, что позволяет говорить о значительном прогрессе".

Далее ученые намерены создать и протестировать рабочий прототип нового поколения, использующий реализованную ими технологию поворота фокальной плоскости. В 10—100 раз выросшая скорость таких микроскопов позволяет значительно увеличить объем обрабатываемых данных, уменьшить время их анализа без больших финансовых затрат, и расширить границы применимости метода эмульсионных трековых детекторов.

"Будущие научные эксперименты, оперирующие подобными детекторами, будут посвящены поиску частиц темной материи, исследованию физики нейтрино, изучению фрагментации ионов для нужд адронной терапии рака и защите экипажей межпланетных миссий от космических лучей", - сказал Александров.