人工智能和3D打印如何改变我们种植食物的方式

人工智能和3D打印如何改变我们种植食物的方式甜菜的3D打印参考模型被纳入田间试验。图片来源:哥廷根甜菜研究所除了利用遗传信息指导智能育种之外,三维植物模型还捕捉到了甜菜植物地上部分的基本特征,可用于人工智能辅助作物改良管道。甜菜植物模型具有可重复性,适合田间使用。所有研究信息、数据、方法以及3D打印文件均可免费获取。作物管理获得了急需的工具,当然,现在每个人都可以打印自己的三维甜菜植物!(最低维护要求)。现代植物育种是一项以数据为中心的事业,涉及机器学习算法和复杂的成像技术,以选择理想的性状。"植物表型"是一门收集植物精确信息和测量数据的科学,在过去几年中取得了巨大进步。过去,表型分析依赖于人类乏味的测量。如今,表型分析管道的自动化程度越来越高,采用了最先进的传感器技术,通常还有人工智能辅助。测量内容包括大小、果实质量、叶片形状和大小以及其他生长参数。将测量工作移交给自动化流水线不仅能提高效率,计算机辅助传感器通常还能捕捉到人类难以大规模收集的植物复杂信息。在这个由传感器驱动的作物育种新世界中,一个至关重要的方面就是精确参考材料的可用性。传感器需要获得包含所有相关特征的"标准植物"的数据,包括更复杂的三维特征,如叶子的方向角度。因此,有一个实际的"人造植物"作为真实尺寸的参照物,要比仅有计算机中的数据或平面、二维的表示更可取。例如,还可以将实际模型作为温室或试验场中真实植物的参考和内部控制。新的甜菜植物3D打印模型就是在考虑到这些应用的情况下生成的,它还有一个额外的优势,即打印文件可供免费下载和重复使用。这样,其他科学家(以及任何甜菜爱好者)就可以重新制作参考甜菜的精确副本,从而使世界各地不同实验室所做的研究更具可比性。3D打印技术的可负担性还意味着这种方法可以在资源匮乏的环境中使用,例如在发展中国家。为了为他们的现实模型收集精确的数据,作者--约纳斯-伯默(JonasBömer)及其来自哥廷根甜菜研究所和波恩大学的同事--使用了激光雷达(光探测和测距)技术。简而言之,通过激光扫描真实的甜菜植物,从12个不同的视角创建三维数据。经过处理步骤后,这些数据被输入商业级三维打印机,以创建实际大小的甜菜模型。作者随后在实验室和实地测试了该模型的预期用途。JonasBömer解释说:"在三维植物表型领域,利用传感器系统、计算机算法和捕获的形态参数进行参照是一项具有挑战性但又非常重要的任务。应用快速成型技术生成可重现的参考模型,为开发客观、精确的标准化参考方法提供了新的机遇,从而有利于科学研究和实际植物育种。"当然,这种方法并不局限于甜菜,GigaScience的这项新研究展示了人工智能、3D打印和传感器技术的结合如何促进未来的植物育种,从而帮助世界人口获得健康、美味的作物。GigaScience数据科学家ChrisArmit补充说:"可打印三维模型的价值在于您可以打印多份,每块作物田打印一份。作为一种低成本表型策略,其主要成本是激光雷达扫描仪,如果能在水稻或非洲孤儿作物等其他需要低成本表型解决方案的作物上测试这种方法,那将会非常棒。"编译自/scitechdaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435410.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1435410.htm

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生产方式重大改变苹果尝试用3D打印技术生产智能手表的钢质底盘知情人士称,如果AppleWatch的开发工作按计划进行,苹果将寻求在未来几年内将这一新的生产技术扩展到更多产品。迄今为止,苹果公司的不锈钢手表采用更传统的制造方法,即使用锻造工艺用于将材料块切割成接近设备尺寸的较小金属块,然后使用计算机数控机床切割金属并创建精确的设计和纽扣孔。新的技术使用一种称为粘合剂喷射的3D打印技术来创建接近其实际尺寸的设备的总体轮廓,或者在制造业中被称为“近净形状”。这种3D印刷品是用粉末状物质制成的,然后经过一个称为烧结的过程。烧结的过程是利用热量和压力将材料挤压成触感像传统钢材的底盘。然后像此前的流程一样对其进行精确的设计和切口进行铣削。苹果及其供应商已经在悄悄开发3D打印技术至少三年了。在过去的几个月里,他们一直在为AppleWatchSeries9准备的钢制表壳进行测试,这款手表将于9月12日发布。这款智能手表将获得性能提升和新的表壳颜色,但外观有所不同。媒体称,无法保证第一批向消费者发货的新型钢制苹果手表将采用改进后的制造技术制造,但试运行表明苹果已经开始认真考虑大规模采取3D打印技术。苹果还计划将该工艺应用于其钛金属Ultra手表,但这种转变要到2024年才会开始计划和试点。新的制造工艺减少了对材料的损耗,因此有利于环境保护。知情人士表示,苹果正计划在部分新款iPhone手机壳和其他配件中使用新材料来替代皮革,这是迈向可持续发展的又一举措。3D打印工作由苹果公司的制造设计团队领导。对于苹果及其供应商来说,转向3D打印表壳是一项昂贵的努力,但随着时间的推移,它应该会简化生产并可能降低成本。目前,采用新工艺的每个表壳的成本与先前方法的成本一致。这项工作仍处于起步阶段,暂时将保留用于小批量产品,而不会大规模销售。大多数AppleWatch外壳都是铝制的,而不是不锈钢的。苹果尚未在铝制外壳的大规模3D打印方面取得进展,而铝制外壳也用于Mac、iPad以及低端iPhone。目前,苹果内部正在讨论将钢和钛等可3D打印的材料引入更多设备。苹果采用3D打印技术制造智能手表外壳的消息传出后,3DSystems上涨一度涨超10%,刷新日高。3D打印技术并不新鲜,但由于各种原因,这项技术的广泛采用一直受到阻碍,主要原因是因为费用相对高昂。当然,现在有一个强大的爱好者市场,还有一些工业应用,例如美国国家航空航天局在太空中打印组件,通用电气/福特的组件打印,或耐克运动鞋特别版。此外,还有一些技术可以实际打印用于人类居住的建筑物的组件。尽管苹果拥有许多专利,并且已经对这些技术进行了多年的探索,但该公司还没有真正获得3D打印的成果,这项技术总体上仍处于广泛应用前的低迷期。不过,今年7月,跟踪苹果产业链多年的分析师郭明𫓹今日发布报告指出,CNC(数控机床)在苹果开始采用后快速成长,3D打印有可能会复制此成功故事。郭明𫓹称,若3D打印产业因苹果采用而快速成长,则激光零组件有可能会出现供应紧张。钛是3D打印生产中最常被用到的金属,应用范围广泛,如医疗、航空等。这可能是苹果采用3D打印技术时,先从钛机构件开始做起的主要理由之一。郭明𫓹还称,3D打印是加法生产,与CNC的减法生产相较下更不浪费,因钛单价较高,故采用3D打印生产的钛金属件更节省成本。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380621.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1380621.htm

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科学家3D打印适用人造卫星的高精度等离子体传感器据报道,目前,美国麻省理工学院最新研制3D打印精准等离子体传感器,该设备成本较低,且易于制造,这些数字化设备可以帮助科学家预测天气或者研究气候变化。该等离子体传感器也被称为“延迟电位分析仪(RPAs)”,被人造卫星等轨道航天器用于确定大气化学成分和离子能量分布。3D打印、激光切割流程制造的半导体等离子体传感器,由于该过程需要无尘环境,导致半导体等离子体传感器成本昂贵,且需要几个星期的复杂制造过程。相比之下,麻省理工学院最新研制的等离子体传感器仅需几天时间制造,成本几十美元。由于成本较低、生产速度快,这种新型传感器是立方体卫星的理想选择,立方体卫星成本低廉、低功率且重量轻,经常用于地球上层大气的通信和环境监测。该研究团队使用比硅和薄膜涂层等传统传感器材料更有弹性的玻璃陶瓷材料研制了新型等离子体传感器,通过在塑料3D打印过程中使用玻璃陶瓷,能够制造出形状复杂的传感器,它们能够承受航天器在近地轨道可能遇到的巨大温度波动。研究报告资深作者、麻省理工学院微系统技术实验室(MTL)首席科学家路易斯·费尔南多·委拉斯奎兹-加西亚(LuisFernandoVelasquez-Garcia)说:“增材制造会在未来太空硬件领域产生重大影响,一些人认为,当3D打印一些物体时,必须认可其性能较低,但我们现已证明,情况并非总是这样。”目前这项最新研究报告发表在近期出版的《增材制造杂志》上。多功能传感器等离子体传感器首次用于太空任务是1959年,它能探测到漂浮在等离子体中的离子或者带电粒子的能量,等离子体是存在于地球上层大气中的过热分子混合物。在立方体卫星这样的轨道航天器上,等离子体传感器可以测量能量变化,并进行化学分析,从而有助于科学家预测天气或者监测气候变化。该传感器包含一系列布满小孔的带电网格,当等离子体通过小孔时,电子和其他粒子将被剥离,直到仅剩下离子,当这些离子产生电流,传感器将对其进行测量和分析。等离子体传感器应用成功的关键是对齐网格的孔状结构,它必须具有电绝缘性,同时能够承受温度的剧烈波动,研究人员使用一种可3D打印的玻璃陶瓷材料——Vitrolite,它满足以上特性。据悉,Vitrolite材料最早出现于20世纪初,常应用于彩色瓷砖设计中,成为装饰艺术建筑中最常见的材料。持续耐用的Vitrolite材料可承受高达800摄氏度的高温而不分解,而集成电路结构的等离子体传感器中的高分子材料会在400摄氏度时开始熔化。加西亚说:“当工作人员在无尘室中制造这种传感器时,他们不会有相同的自由度来定义材料和结构,以及它们是如何相互作用,但这可能促成增材制造的最新发展。”重新认识等离子体传感器的3D打印过程陶瓷材料3D打印过程通常涉及到激光轰击陶瓷粉末,使其融合成为各种形状结构,然而,由于激光释放的高热量,该制造过程往往会使材料变得粗糙,并产生瑕疵点。然而,麻省理工学院的科学家在该制造进程中使...PC版:https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307479.htm手机版:https://m.cnbeta.com/view/1307479.htm

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新型人工智能算法可在5秒钟内从2D图像中创建3D模型研究人员创建了首个大型重建模型(LRM),他们认为该模型能够通过单张二维图像预测三维模型的形状,而且只需5秒钟即可完成。研究人员在论文中解释说,以前的三维生成模型是在专注于单一图像类别的小规模数据集上进行训练的。相反,他们的LRM模型具有高度可扩展性、基于变换器的架构,拥有5亿个可学习参数,并已在Objaverse和MVImgNet数据集中的约100万个3D物体上进行了训练。研究人员解释说,大容量模型和大规模训练数据的结合为LRM算法提供了"高度通用"的内容创建能力。论文称,该模型能够从包括真实世界照片在内的各种测试图像中生成"高质量"的三维重建。此外,LRM还能将"正常"图像和由DALL-E和StableDiffusion等人工智能服务生成的视觉拼凑图像作为其输入二维模型。该研究的第一作者洪一聪认为,LRM是单图像三维重建领域的重大突破。这种人工智能算法可以从视频或形状图像中生成详细的几何图形,并保留木纹等复杂纹理。研究人员指出,LRM具有潜在的"变革"能力,可以应用于设计、娱乐和游戏等众多行业。设计师或三维艺术家可以简化三维建模过程,大大缩短生成视频游戏或动画资产所需的时间。在快速发展的行业中创建三维内容已成为一项挑战,人工智能公司正急于提供潜在的解决方案,如StabilityAI最近推出的Stable3D服务。LRM还能使3D建模的工作普及化,因为"普通"用户有可能通过智能手机拍摄的照片制作出高度精细的模型。尽管LRM仍面临挑战,例如图像隐藏部分的纹理模糊,但它为创意和商业机会开辟了广阔天地。研究人员提供了一个页面,上面有视频演示和交互式3D网格,展示LRM目前能做什么:https://yiconghong.me/LRM/...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1396051.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1396051.htm

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科学家研制出世界上首个3D打印 "大脑模型"

科学家研制出世界上首个3D打印"大脑模型"在维也纳医科大学和维也纳工业大学的一个联合项目中,开发出了世界上第一个三维打印的"大脑模型",该模型以脑部纤维结构为模型,可以使用一种特殊的磁共振成像(dMRI)进行成像。由维也纳医科大学和维也纳工业大学领导的科研团队在一项研究中表明,这些大脑模型可用于推进神经退行性疾病(如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症)的研究。这项研究成果发表在《先进材料技术》(AdvancedMaterialsTechnologies)杂志上。磁共振成像(MRI)是一种广泛使用的诊断成像技术,主要用于检查大脑。核磁共振成像可在不使用电离辐射的情况下检查大脑的结构和功能。在磁共振成像的一种特殊变体--扩散加权磁共振成像(dMRI)中,还可以确定大脑中神经纤维的方向。然而,在神经纤维束的交叉点很难正确确定神经纤维的方向,因为不同方向的神经纤维会在那里重叠。为了进一步改进流程以及测试分析和评估方法,一个国际团队与维也纳医科大学和维也纳工业大学合作开发了一个所谓的"大脑模型",该模型是利用高分辨率三维打印工艺制作的。带有微通道的小立方体维也纳医科大学的研究人员作为核磁共振成像专家,维也纳工业大学的研究人员作为三维打印专家,与苏黎世大学和汉堡大学医疗中心的同事密切合作。早在2017年,维也纳工业大学就开发出了一种双光子聚合打印机,可以实现升级打印。在此过程中,还与维也纳医科大学和苏黎世大学共同开展了脑模型的使用案例研究。由此产生的专利构成了脑模型的基础,该模型现已开发完成,并由维也纳工业大学的研究与转让支持团队负责监督。从外观上看,这个幻影与真正的大脑并无太大区别。它要小得多,形状像一个立方体。它的内部是非常细小的、充满水的微通道,大小与单个颅神经相当。这些通道的直径比人的头发丝还要细五倍。为了模仿大脑中精细的神经细胞网络,第一作者迈克尔-沃莱茨(MichaelWoletz)(维也纳医科大学医学物理和生物医学工程中心)和弗兰兹斯卡-查鲁帕-甘特纳(FranziskaChalupa-Gantner)(维也纳工业大学3D打印和生物制造研究小组)领导的研究小组使用了一种相当不寻常的3D打印方法:双光子聚合。这种高分辨率方法主要用于打印纳米和微米级的微结构,而不是打印立方毫米级的三维结构。为了为dMRI制作合适尺寸的模型,维也纳科技大学的研究人员一直在努力扩大三维打印工艺的规模,以便能够打印出具有高分辨率细节的更大物体。高比例三维打印为研究人员提供了非常好的模型,在dMRI下观察时,可以确定各种神经结构。MichaelWoletz将这种提高dMRI诊断能力的方法与手机相机的工作方式进行了比较:"我们看到,手机相机在摄影方面取得的最大进步并不一定是新的、更好的镜头,而是改进所拍摄图像的软件。dMRI的情况也类似:利用新开发的大脑模型,我们可以更精确地调整分析软件,从而提高测量数据的质量,更准确地重建大脑神经结构。"改进dMRI分析软件因此,真实再现大脑中的特征神经结构对于"训练"dMRI分析软件非常重要。使用三维打印技术可以创建可修改和定制的各种复杂设计。因此,大脑模型描绘的是大脑中产生特别复杂信号并因此难以分析的区域,如交叉的神经通路。因此,为了校准分析软件,需要使用dMRI对大脑模型进行检查,并像分析真实大脑一样分析测量数据。由于采用了三维打印技术,模型的设计是精确可知的,分析结果也可以检查。作为联合研究工作的一部分,维也纳医科大学和维也纳理工大学已经证明了这一点。所开发的模型可用于改进dMRI,从而有利于手术规划和神经退行性疾病(如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症)的研究。尽管概念得到了验证,但团队仍然面临着挑战。目前最大的挑战是扩大这种方法的规模:"双光子聚合的高分辨率使得打印微米和纳米范围的细节成为可能,因此非常适合颅神经成像。但与此同时,使用这种技术打印一个几立方厘米大小的立方体也需要相应的时间,"Chalupa-Gantner解释说。"因此,我们不仅要开发更复杂的设计,还要进一步优化打印过程本身"。编译自:ScitechDaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424851.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1424851.htm

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