Reinforcement Learning based Droplet Routing Algorithm for Digital Microfluidic Biochips

生物芯片 强化学习 微流控 计算机科学 数字微流体 布线(电子设计自动化) 路由算法 人工智能 材料科学 嵌入式系统 电润湿 纳米技术 路由协议 光电子学 电介质
作者
Kolluri Rajesh,Anand Tirkey,Anirban Sarkar,Sumanta Pyne
标识
DOI:10.1109/vdat50263.2020.9190306
摘要

Digital Microfluidic Biochips (DMFBs) are part of lab-on-a-chip (LOC) devices and comes under the category of micro-electro-mechanical systems (MEMS). DMFBs are designed to be an alternative for traditional biochemical laboratories. DMFBs achieve miniaturization, automation, and programmability. DMFBs use electro-wetting-on-dielectric (EWOD) property to manipulate droplets on-chip discretely. Several computer-aided design (CAD) techniques have been designed for synthesizing DMFBs to reduce design complexity. Finding the concurrent routes between all source-target pairs of a bioassay is a challenging problem and NP-Complete. We proposed a reinforcement learning based droplet routing algorithm for DMFBs. Q-learning technique is used to determine a certain predefined number of optimal paths between a source-target pair. Q-learning is an off-policy reinforcement learning algorithm. After the paths for all the source-target pairs are determined, routes will be checked for constraint violations and collisions. If any collisions or violations are found, route compaction is done using stalling and detouring. Experimental results show that our proposed droplet routing algorithm outperformed compared algorithms.
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