Udang mantis sebagian besar dikenal karena pukulan seperti peluru, yang telah mengilhami bahan komposit super-kuat untuk pelindung tubuh masa depan dan komik Web viral tentang krustasea yang penasaran. Tapi ternyata mata binatang itu sama menariknya dengan cakarnya.
Konten terkait
- Medical Mistletoe: Dapatkah Tanaman Liburan Benar-Benar Memerangi Kanker?
Sekelompok peneliti telah bekerja pada cara untuk memodelkan mata majemuk udang mantis dan visi terpolarisasi untuk membuat kamera yang dapat mendeteksi berbagai bentuk kanker. Mereka sekarang memiliki sensor kamera proof-of-concept yang lebih kecil, lebih sederhana dan lebih tepat daripada upaya sebelumnya pada pencitraan terpolarisasi.
Kelompok interdisipliner, termasuk seorang neurobiologis di University of Queensland, Australia, seorang insinyur komputer di Universitas Washington di St. Louis, dan yang lainnya dari Universitas Maryland, Kabupaten Baltimore, dan Universitas Bristol di Inggris, baru-baru ini menerbitkan karya tersebut di Prosiding IEEE (Institut Insinyur Listrik dan Elektronik) .
Udang belalang, seperti beberapa serangga, cumi-cumi dan cumi-cumi lainnya, dapat melihat perbedaan dalam cahaya terpolarisasi — yaitu cahaya yang terpancar dalam bidang arah yang berbeda — dengan cara yang sama sehingga kita dapat melihat perbedaan antara dinding hitam dan putih. meja. Hewan menggunakan kemampuan ini untuk mendeteksi mangsa, menemukan jodoh dan menghindari dimakan.
Tapi cahaya terpolarisasi juga dapat digunakan untuk melihat hal-hal yang tidak bisa dilihat mata manusia, seperti sel kanker. Penelitian tim menunjukkan bahwa sensornya memiliki kemampuan untuk mendeteksi lesi kanker sebelum sel menjadi cukup banyak untuk muncul sebagai tumor yang terlihat.
Sensor pencitraan polarisasi, mirip dengan jenis sensor pencitraan yang sudah digunakan di smartphone, cukup kecil untuk mengambil gambar kanker di dalam tubuh manusia. (Timothy York, Viktor Gruev) Viktor Gruev, associate professor ilmu komputer dan teknik di Washington University, yang labnya bekerja membangun sensor, mengatakan bahwa sel kanker mudah dilihat di bawah cahaya terpolarisasi karena strukturnya yang tidak teratur dan invasif menyebarkan cahaya berbeda dari sel-sel tubuh normal.
Sementara para peneliti telah menciptakan perangkat pencitraan yang terpolarisasi di masa lalu, mereka cenderung besar, menggunakan banyak sensor, dan kompleks, karena mereka membutuhkan ahli optik, teknik dan fisika untuk beroperasi dengan baik. Itu, tentu saja, juga berarti instrumennya sangat mahal.
Tetapi dengan menggabungkan kemajuan dalam nanoteknologi, CMOS kecil (semikonduktor logam-oksida gratis) sensor umum di smartphone dan dasar-dasar bagaimana sistem visi udang belalang bekerja, tim mampu membuat sensor pencitraan yang jauh lebih sederhana. Lebih kecil dari satu sen, sensor ini sangat sensitif dan dapat mendeteksi sel-sel kanker lebih awal dari upaya sebelumnya pada pencitraan terpolarisasi, menggunakan gambar diam dan video. Gruev mengatakan mahasiswa pascasarjananya, Timothy York, penulis utama di kertas, melakukan banyak pekerjaan dengan kamera dan aplikasi medis potensial.
Dalam gambar endoskopi usus tikus ini, sensor menunjukkan jaringan tumor berwarna biru, sedangkan jaringan sehat tampak berwarna kuning. (IEEE) (IEEE) Misalnya, dengan kanker usus besar, dokter biasanya menggunakan endoskop untuk mencari jaringan apa pun yang tampak kanker, kemudian melakukan biopsi. Tetapi kanker harus berada pada tahap perkembangan tertentu sebelum terlihat berbeda dengan mata manusia. Pencitraan terpolarisasi dapat melihat sel kanker lebih awal, tetapi perangkat pencitraan sebelumnya terlalu besar untuk digunakan dengan cara ini sebelumnya.
"Kami telah beralih dari memiliki banyak kamera ke solusi satu chip, " kata Gruev. “Sulit untuk menempatkan beberapa kamera pada endoskop dan mengambil gambar. Dengan perangkat kami, semua filter ada di kamera dan mulai dari sesuatu yang duduk di bangku optik Anda hingga yang ada di ujung endoskop. "
Kamera dapat secara drastis mengurangi kebutuhan akan biopsi — tetapi sampai teknologinya disempurnakan, sejauh mana ia akan melakukannya tidak jelas.
Justin Marshall, seorang ahli neurobiologi di Universitas Queensland dan penulis makalah lain, membawa keahliannya pada udang belalang ke proyek tersebut. Dia telah menyelidiki visi udang selama lebih dari 25 tahun. Baik dia dan Gruev setuju bahwa salah satu tantangan berikutnya adalah menemukan cara untuk memasukkan visi warna tradisional ke dalam sensor juga. Seperti yang ada sekarang, sensor dapat melihat perbedaan dalam polarisasi, tetapi bukan warna yang kita lihat. Itu adalah masalah bagi dokter yang suatu hari mungkin menggunakan sensor jenis ini, karena mereka biasanya menggunakan isyarat visual untuk membimbing mereka selama prosedur rumit. Tapi udang juga bisa membantu di bagian depan itu.
“[Udang belalang] tampaknya sangat khusus tentang cara mereka mengumpulkan informasi, baik dari segi warna maupun polarisasi, ” kata Marshall. "Mereka melambaikan mata mereka untuk mendorong sensor mereka ke seluruh dunia, sedikit seperti pemindaian satelit. Mungkin ada beberapa trik di sana yang bisa kita pinjam juga. ”
Marshall berpikir sensor dapat digunakan untuk menskrining pasien untuk kanker usus besar terlebih dahulu, karena itu adalah area spesifik yang sedang dikerjakan oleh timnya dan area di mana ukuran dan kompleksitas kamera pencitraan terpolarisasi lainnya menjadi masalah di masa lalu. Lingkup polarisasi yang lebih sederhana sudah digunakan untuk memeriksa kanker kulit di Australia, di mana dua dari tiga orang didiagnosis menderita penyakit ini sebelum berusia 70 tahun. Para peneliti juga bereksperimen dengan menggunakan cahaya terpolarisasi untuk meningkatkan kontras jaringan untuk membantu dokter menentukan ke mana harus pergi. mulai dan berhenti memotong selama operasi.
Karena chip yang diilhami udang ini begitu kompak dan mudah digunakan, teknologi ini dapat digunakan untuk perangkat portabel dan bahkan smartphone. Jika itu benar, Marshall mengatakan, suatu hari orang bisa memonitor sendiri untuk kanker dan mengurangi beban pada sistem perawatan kesehatan yang kelebihan beban.
Meskipun ada banyak potensi dalam teknologi pencitraan yang terpolarisasi, Gruev mengatakan masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan, baik dalam menggabungkan pengindraan warna dan dalam menyempurnakan sensitivitas deteksi polarisasi untuk meningkatkan resolusi dan membuatnya lebih baik dalam mendeteksi serius. penyakit dini.
"Kami hanya menggaruk permukaan tentang bagaimana kita dapat melihat biologi dan membangun sistem pencitraan yang dapat membantu dalam diagnosis kanker dan penyakit lainnya, " katanya.
