Mantis kozica poznata je ponajviše po svom udarcu u obliku metaka, koji je inspirirao i super-jake kompozitne materijale za budući tjelesni oklop i virusni web strip o znatiželjnom raku. Ali ispada da su životinjske oči jednako zanimljive kao i kandže.
Povezani sadržaj
- Medicinska maglica: Može li se biljka doista boriti protiv raka?
Skupina istraživača radila je na nacrtu modeliranja složenih očiju mantis kozica i polariziranog vida kako bi stvorili kameru koja može otkriti razne oblike raka. Sada imaju senzor fotoaparata koji je dokazan koncept koji je manji, jednostavniji i precizniji od prethodnih pokušaja polariziranog snimanja.
Interdisciplinarna skupina, uključujući neurobiolog sa Sveučilišta u Queenslandu u Australiji, inženjer računara na Sveučilištu Washington u St. Louisu i drugi sa Sveučilišta Maryland, okrug Baltimore i sveučilišta Bristol u Engleskoj, nedavno je objavila rad u Zbornik IEEE (Institut inženjera elektrotehnike i elektronike) .
Kozice mantisa, poput nekih insekata, lignji i drugih glavonožaca, mogu vidjeti razlike u polariziranoj svjetlosti - to je svjetlost koja zrači u različitim ravninama smjera - na sličan način na koji bismo mogli vidjeti kontrast između crnog zida i bijele boje stol. Životinje se koriste ovom sposobnošću da otkriju plijen, pronađu partnera i izbjegavaju jesti.
No polarizirana svjetlost također se može koristiti za gledanje stvari koje ljudsko oko ne može, poput stanica raka. Istraživanje tima pokazuje da njegov senzor ima sposobnost otkrivanja kanceroznih lezija prije nego što stanice postanu dovoljno brojne da se pojavljuju kao vidljivi tumori.
Senzor polarizacijskog snimanja, sličan tipovima senzora za obradu slike koji se već koriste u pametnim telefonima, dovoljno je mali da može slikati rak unutar ljudskog tijela. (Timothy York, Viktor Gruev) Viktor Gruev, izvanredni profesor informatike i inženjerstva na Sveučilištu Washington, čiji je laboratorij radio na izgradnji senzora, kaže da je stanice raka lako vidjeti pod polariziranom svjetlošću, jer njihove neorganizirane i invazivne strukture raspršuju svjetlost drugačije od normalnih tjelesnih stanica.
Dok su istraživači u prošlosti stvarali polarizirane uređaje za obradu slike, oni imaju tendenciju da budu veliki, koristeći više senzora, i složeni, jer za pravilno funkcioniranje trebaju stručnjaci za optiku, inženjerstvo i fiziku. To, naravno, također znači da su instrumenti jako skupi.
No, kombinirajući napredak u nanotehnologiji, malenim CMOS (besplatnim metal-oksid-poluvodičem) senzorima uobičajenim na pametnim telefonima i osnovama funkcioniranja sustava vida mantis škampi, tim je uspio napraviti mnogo jednostavniji senzor za snimanje. Manji od sitnog novca, senzor je vrlo osjetljiv i može otkriti stanice raka ranije nego prethodni pokušaji polariziranog snimanja, koristeći obje slike i video zapise. Gruev kaže da je njegov diplomski student, Timothy York, vodeći autor na radu, mnogo toga radio s kamerom i njezinim potencijalnim medicinskim primjenama.
U ovoj endoskopskoj slici mišjeg debelog crijeva, senzor prikazuje tumorsko tkivo plavom bojom, dok se zdravo tkivo prikazuje kao žuto. (IEEE) (IEEE) Na primjer, rak debelog crijeva, liječnik će obično koristiti endoskop za traženje tkiva koje izgleda kancerogene, a zatim će izvršiti biopsiju. Ali rak mora biti u određenoj fazi razvoja prije nego što ljudsko oko izgleda drugačije. Polarizirano snimanje može uočiti stanice raka mnogo ranije, ali su prijašnji uređaji za obradu slika preveliki da bi se mogli koristiti na ovaj način prije.
„Prešli smo s više kamera na rješenje s jednim čipom“, kaže Gruev. „Teško je staviti više kamera na endoskop i fotografirati. Kod našeg uređaja svi su filtri na kameri i kreću se od nečega što sjedi na vašoj optičkoj klupi do onoga koji se nalazi na kraju endoskopa. "
Kamera bi mogla drastično smanjiti potrebu za biopsijama - ali dok se tehnologija ne pročisti, nejasno je u kojoj mjeri će to učiniti.
Justin Marshall, neurobiolog sa Sveučilišta u Queenslandu i još jedan od autora papira, u projekt su donijeli svoje znanje o mantis škampi. Istražio je vid škampi više od 25 godina. I on i Gruev slažu se da će jedan od sljedećih izazova biti pronalaženje načina za uključivanje tradicionalnog vida u boji u senzor. Kao što sada stoji, senzor može vidjeti razlike u polarizaciji, ali ne i boje koje vidimo. To je problem liječnicima koji jednog dana mogu koristiti ovu vrstu senzora, jer obično koriste vizualne znakove za vođenje tijekom osjetljivih postupaka. Ali škampe bi mogle pružiti i pomoć na tom pročelju.
"[Mantis škampi] izgledaju vrlo osobiti u načinu na koji prikupljaju informacije, i u pogledu boje i polarizacije", kaže Marshall. "Oni maše očima kako bi gurnuli svoj senzor na svijet, pomalo nalik satelitskom skeniranju. Možda se tamo nađu neki trikovi od kojih možemo i posuditi. "
Marshall smatra kako se senzor može prvo upotrijebiti za probir pacijenata na rak debelog crijeva, jer je to specifično područje na kojem je njegov tim radio i područje na kojem su veličina i složenost ostalih polariziranih kamera za slikanje već bili problem u prošlosti. Jednostavnije ljestvice polarizacije već se koriste za provjeru raka kože u Australiji, gdje se dvoje od tri osobe dijagnosticiraju bolest prije dobi od 70. Istraživači također eksperimentiraju s polariziranom svjetlošću kako bi povećali kontrast tkiva kako bi liječnici mogli reći gdje započnite i zaustavite rezanje tijekom operacije.
Budući da je čip inspiriran škampom tako kompaktan i jednostavan za uporabu, tehnologija bi se mogla upustiti u prijenosne uređaje, pa čak i pametne telefone. Ako se to dogodi, kaže Marshall, ljudi bi jednog dana mogli samostalno nadzirati rak i umanjiti teret preopterećenih zdravstvenih sustava.
Iako postoji puno potencijala u tehnologiji polariziranog snimanja, Gruev kaže da je potrebno još dosta posla, kako na uključivanju senzora u boji, tako i na rafiniranju osjetljivosti polarizacijskog otkrivanja radi veće razlučivosti i poboljšanja u otkrivanju ozbiljnih bolesti rano.
"Mi samo grebamo po površini kako možemo promatrati biologiju i konstruirati slikovne sustave koji mogu pomoći u dijagnozi karcinoma i drugih bolesti", kaže on.
