Robotic Manipulation of Sperm as a Deformable Linear Object
Notice bibliographique
Résumé
The robotic manipulation of deformable linear objects is a classic and challenging topic. Apart from synthetic objects, such as wires and cables, linear objects are also commonly found in biological cells and organisms. Biomanipulation of such objects is hampered by difficulties, such as limited degrees of freedom of micromanipulators and varied mechanical properties of the biological entities to manipulate. This article presents a robotic manipulation of human sperm, which are deformable cells with a linear shape. The shape and movement of the cell are recapitulated by our developed geometric and kinematic models. Under unfixed constraints between the end-effector and the cell, path planning is designed to update the manipulation point to control cell deformation. A state transition function is formulated in path planning to handle the stiffness variations of sperm without force sensing. A model-predictive controller is designed to minimize the orientation error and manipulation path length. To detect sperm tail for visual feedback, an accuracy of 98% was achieved via deep neural networks. The robotic manipulation of human sperm was performed using a standard clinical setup of a glass micropipette to rotate a sperm to the target orientation. Experimental results showed that robotic sperm rotation achieved an orientation error of 0.8 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$^{\circ }$</tex-math></inline-formula> , a tail curvedness of 0.14 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$\mu$</tex-math></inline-formula> m <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$^{-1}$</tex-math></inline-formula> , and an operation time of 5.6 s, all significantly less than those of the manual approach. The less orientation error and tail curvedness after robotic rotation led to a significantly lower speed of sperm entering the micropipette during sperm aspiration, resulting in a higher success rate of 97% (versus 76% after manual rotation) for aspiration control.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».