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Enregistrement W4289538814 · doi:10.1109/tase.2022.3194845

Automated Orientation Control of Motile Deformable Cells

2022· article· en· W4289538814 sur OpenAlexafffund
Changsheng Dai, Guanqiao Shan, Xingjian Liu, Changhai Ru, Liming Xin, Yu Sun

Notice bibliographique

RevueIEEE Transactions on Automation Science and Engineering · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueSperm and Testicular Function
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanada Research Chairs
Mots-clésSpermSperm motilityArtificial intelligenceKinematicsOrientation (vector space)Rotation (mathematics)Computer scienceMotion controlControl theory (sociology)Computer visionBiologyPhysicsRobotMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Automated manipulation of deformable objects is challenging due to the object’s deformation behavior. Different from still deformable objects such as wires and cloth, biological organisms such as sperm and worms are both deformable and motile, requiring the control of both deformation and motion. This paper reports automated orientation control of live sperm, as an example of motile deformable cells. Robotic manipulation of human sperm was performed by using a glass micropipette, which is a standard clinical tool, to rotate individual motile sperm. Sperm rotation must be performed before immobilization, as required in clinical cell surgery for infertility treatment. To control tail deformation during sperm rotation, a path planner was designed based on kinematic analysis and manipulation point update. To deal with the intrinsic motion of a motile sperm, a motorized stage was controlled to compensate for sperm swimming motion, and an observer was designed to decouple sperm orientation from its wiggling motion. A sliding mode controller was designed to cope with stiffness variances along the sperm tail and among different sperm. Deep neural networks were developed for robust sperm tail detection, and Kalman filter was used to predict tail motion. Experimental results demonstrated that automated sperm manipulation achieved an orientation error of 0.8° and operation time of 6.8 s, both significantly less than those of manual operation. The designed observer was effective to reduce sperm orientation error by reducing the disturbance from sperm wiggling motion. The developed sliding mode controller outperformed the PID controller in operation time, reducing the time of oocyte exposure to the ambient environment.Note to Practitioners—This work tackled the challenge of rotating a fast-swimming and deformable sperm in clinical cell surgeries. Automated manipulation of deformable objects has wide applications in industrial and service settings such as manipulating wires and folding cloth. However, the intrinsic motion of a motile sperm and the lack of a rotational degree of freedom in standard micromanipulators pose difficulties to automated sperm manipulation. In this paper, we propose automation techniques for sperm orientation control. For sperm tail detection, deep learning was used to handle the variances of shape and length among different sperm. A path planning strategy and a controller were designed to achieve automated rotation of motile sperm, with its deformation and motion both controlled. The developed methods can be generalized to the manipulation of other deformable objects such as wires, cables and cloth. These objects exhibit significant variance of mechanical properties, and calibration is often time-consuming. The designed controller can be used to manipulate deformable objects with robustness to varied mechanical parameters. Path planning was designed by updating the manipulation point based on the object’s deformation behavior, and is suitable in manipulation where constraints are imposed such as the object’s strain.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,006

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,008
Tête enseignante GPT0,225
Écart entre enseignants0,217 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations18
Publié2022
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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