КІБЕР-ФІЗИЧНА МОДЕЛЬ ІМУНОСЕНСОРНОЇ СИСТЕМИ НА ГЕКСАГОНАЛЬНІЙ РЕШІТЦІ З ВИКОРИСТАННЯМ РІЗНИЦЕВИХ РІВНЯНЬ ПОПУЛЯЦІЙНОЇ ДИНАМІКИ

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.30837/2522-9818.2019.7.075

Ключові слова:

кібер-фізична модель, імуносенсорна система, біосенсор, імуносенсор, стійкість моделі, різницеві рівняння, гексагональна решітка

Анотація

Предметом дослідження є моделі кібер-фізичних імуносенсорних систем. Мета роботи – створення та дослідження стійкості кібер-фізичної моделі імуносенсорної системи на гексагональній решітці з використанням різницевих рівнянь. В статті вирішуються наступні завдання: розробка функціональної схеми та кібер-фізичної моделі імуносенсорної системи; створення дискретної динаміки досліджуваної системи; розробка динамічного логічного моделювання кібер-фізичної імуносенсорної системи; визначення постійних станів для дослідження стійкості моделі імуносенсора на гексагональній решітці; аналіз результатів чисельного моделювання кібер-фізичної моделі імуносенсорної системи у вигляді зображення фазових площин, ймовірності контакту антигенів з антитілами, решітчастих зображень ймовірності зв’язків антигенів з антитілами та елекричного сигналу з перетворювача, який характеризує кількість флуоресціюючих пікселів. Використовуються такі методи: методи математичної статистики та випадкових процесів, методи теорії оптимізації та дослідження операцій. Отримано наступні результати: Розроблено кібер-фізичну модель імуносенсорної системи на гексагональній решітці з використанням різницевих рівнянь, яка враховує наявність колоній антигенів та антитіл, що локалізовані у пікселях, а також дифузію колоній антигенів між пікселями. Описано дискретну динаміку популяцій у поєднанні з динамічною логікою. Введено клас різницевих рівнянь із запізненням в часі для моделювання взаємодії “антиген-антитіло” в пікселях імуносенсора. Досліджено стійкість кібер-фізичної моделі імуносенсорної системи за допомогою пакету R. Отримано результати чисельного моделювання у вигляді зображення фазових площин, ймовірності контакту антигенів з антитілами, решітчастих зображень ймовірності зв’язків антигенів з антитілами та елекричного сигналу з перетворювача, який характеризує кількість флуоресціюючих пікселів. Запропоновано ідентичний та ендемічний стійкі стани кібер-фізичної моделі імуносенсорної системи на гексагональній решітці з використанням різницевих рівнянь популяційної динаміки. Висновки: Проведено чисельне моделювання розробленої кібер-фізичної моделі імуносенсорної системи. Встановлено що її якісна поведінка суттєво залежить від часу імунної відповіді . Електричний сигнал, що моделюється кількістю імунопікселів, які флуоресціюють, є важливим при проектуванні кібер-фізичних імуносенсорних систем та дослідженнях їх стійкості. Граничний цикл або стійкий фокус визначають відповідний вигляд імуносенсорного електричного сигналу. Висновок про стійкість імуносенсорів зроблено на основі решітчастого зображення пікселів, що флуоресціюють. Отримані експериментальні результати дозволили виконати повний аналіз стійкості моделі іммуносенсора з врахуванням запізнення в часі.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Біографії авторів

Vasyl Martsenyuk, Університет в Бєльско-Бялій

доктор технічних наук, професор, професор кафедри інформатики та автоматики

Andriy Sverstiuk, Тернопільський державний медичний університет імені І. Я. Горбачевського

кандидат технічних наук, доцент, доцент кафедри медичної інформатики

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-03-22

Як цитувати

Martsenyuk, V. і Sverstiuk, A. (2019) «КІБЕР-ФІЗИЧНА МОДЕЛЬ ІМУНОСЕНСОРНОЇ СИСТЕМИ НА ГЕКСАГОНАЛЬНІЙ РЕШІТЦІ З ВИКОРИСТАННЯМ РІЗНИЦЕВИХ РІВНЯНЬ ПОПУЛЯЦІЙНОЇ ДИНАМІКИ», СУЧАСНИЙ СТАН НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ТЕХНОЛОГІЙ В ПРОМИСЛОВОСТІ, (1 (7), с. 75–84. doi: 10.30837/2522-9818.2019.7.075.