Reinforcement Learning Double DQN for Chip-Level Synthesis of Paper-Based Digital Microfluidic Biochips

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作者
Katherine Shu-Min Li,Fang-Chi Wu,Jian-De Li,Sying-Jyan Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:43 (8): 2465-2478
标识
DOI:10.1109/tcad.2024.3370652
摘要

Digital microfluidic biochips (DMFBs) can effectively reduce the cost of biochemical analysis and improve experimental efficiency, as they are easy to carry, use fewer reagent samples and have high precision. Paper-Based Digital Microfluidic Biochips (PB-DMFBs) are a branch of microfluidic biochips. This technology prints ink containing carbon nanotubes on special paper to form electrodes and control wire, so the manufacturing cost and time required are far less than the traditional digital microfluidic chip, in which droplets move between two control layers. However, the chip-level synthesis of PB-DMFBs becomes more challenging because all circuits of PBDMFBs are printed on a single paper layer. Furthermore, current PB-DMFB designs must address various issues, including fabrication cost, reliability, and safety. Therefore, a more flexible method for the chip-level synthesis of PB-DMFBs is needed. In this paper, we propose a chip-level synthesis method of PB-DMFBs based on reinforcement learning. Double Deep Q-learning Networks (Double DQN) are suitable for agents to select actions and estimate actions, and then obtain optimized comprehensive results. Experimental results demonstrate that the proposed method is not only effective and efficient for chip-level synthesis, but also scalable to applications with high reliability and safety requirements.

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