Bioinspired design of a tissue-engineered ray with machine learning

贝叶斯优化 计算机科学 人工智能 仿生学 推力 选择(遗传算法) 工程类 机械工程
作者
John F. Zimmerman,Daniel J. Drennan,Jushin Ikeda,Qianru Jin,Herdeline Ann M. Ardoña,Sean L. Kim,Ryoma Ishii,Kevin Kit Parker
出处
期刊:Science robotics [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:10 (99)
标识
DOI:10.1126/scirobotics.adr6472
摘要

In biomimetic design, researchers recreate existing biological structures to form functional devices. For biohybrid robotic swimmers assembled with tissue engineering, this is problematic because most devices operate at different length scales than their naturally occurring counterparts, resulting in reduced performance. To overcome these challenges, here, we demonstrate how machine learning–directed optimization (ML-DO) can be used to inform the design of a biohybrid robot, outperforming other nonlinear optimization techniques, such as Bayesian optimization, in the selection of high-performance geometries. We show how this approach can be used to maximize the thrust generated by a tissue-engineered mobuliform miniray. This results in devices that can swim at the millimeter scale while more closely preserving natural locomotive scaling laws. Overall, this work provides a quantitatively rigorous approach for the engineering design of muscular structure-function relationships in an automated fashion.
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