Vedci z inštitútu Maxa Plancka pre vedu o svetle (MPL) vyvinuli nový nástroj s názvom XLuminA, ktorý vďaka umelej inteligencii dramaticky zrýchľuje a zlepšuje návrh superrozlišovacích (SR) mikroskopov. Táto technológia dokáže objaviť nové konfigurácie optiky až 10 000-krát rýchlejšie než tradičné metódy a prináša nové možnosti pre výskum na mikroskopickej úrovni.

Optická mikroskopia hrá zásadnú úlohu v biológii, keďže umožňuje štúdium drobných bunkových štruktúr. Techniky SR posunuli hranice mikroskopie za klasický difrakčný limit svetla (približne 250 nm), čo umožňuje vedcom pozorovať aj tie najjemnejšie detaily buniek. Na tému upozornil portál SciTechDaily.

Význam superrozlišovacej mikroskopie

Napriek pokroku si vývoj nových mikroskopických techník stále vyžaduje roky výskumu a optimalizácie zo strany vedcov. Obrovské množstvo optických konfigurácií, ako je umiestnenie zrkadiel, šošoviek alebo lúčových deličov, komplikuje objavovanie nových riešení. XLuminA prichádza práve v momente, kedy sa výskumníci obávajú, že s čisto ľudskými schopnosťami nedokážu preskúmať celý potenciál týchto možností.

Mario Krenn, vedúci laboratória Artificial Scientist v MPL vysvetľuje, že zásadné experimenty sú oknami do vesmíru. S tak ohromným množstvom možných konfigurácií je otázne, či vôbec objavíme tie najlepšie z nich. Tu vstupuje do hry umelá inteligencia.

XLuminA

XLuminA je open-source platforma zameraná na automatizované objavovanie a optimalizáciu optických návrhov. Tento systém simuluje rôzne optické konfigurácie a testuje ich účinnosť v superrozlišovacej mikroskopii. XLuminA dokáže vykonávať výpočty a testy 10 000-krát rýchlejšie než tradičné počítačové metódy.

Systém nezávisle znovuobjavil tri existujúce mikroskopické techniky, vrátane Nobelovou cenou oceneného STED mikroskopu (stimulated emission depletion) a metódy založenej na optických víroch. Okrem toho objavil úplne novú optickú konfiguráciu, ktorá spája fyzikálne princípy z viacerých existujúcich SR techník do jedného systému s vyšším výkonom. XLuminA môže byť prispôsobený na rôzne mikroskopické techniky vrátane interferometrie, štruktúrovaného osvetlenia či lokalizačnej mikroskopie.

Dôležité objavy a budúce plány

Výskumný tím vedený Carlou Rodríguez, hlavnou vývojárkou XLuminA, nielenže preukázal presnosť technológie na známych metódach, ale aj posunul hranice možností. Najvýznamnejším prínosom je nová, doteraz nepoznaná SR technika, ktorá prekonáva výkon existujúcich nástrojov.

Podľa Rodríguez tento objav dokazuje schopnosť AI nielen zrýchliť, ale aj zlepšiť proces vedeckého výskumu. Do budúcnosti tím plánuje rozšíriť schopnosti platformy zahrnutím nelineárnych interakcií, rozptylu svetla a časových informácií, čím by XLuminA mohla simulovať ešte sofistikovanejšie optické systémy.