为给芯片拍照,IBM幼哥用笑高拼了个电动显微镜,搭载树莓派,360度无物化角拍摄

 联系我们     |      2020-05-14 14:47

原标题:为给芯片拍照,IBM幼哥用笑高拼了个电动显微镜,搭载树莓派,360度无物化角拍摄

大数据文摘出品

来源:IEEE Spectrum

编译:大萌、牛婉杨

笑高真可谓是成年人的喜悦源泉,不光能够发挥想象力用笑高搭建本身喜欢的房子和修建,它还能够助力详细仪器的制作,是众数geek的心头益!

之前文摘菌报道过有人用笑高搭建零件分拣机,再也不必发愁笑高零件归类了。这次文摘菌又发现了一位笑高喜欢益者,行为苏黎世IBM的钻研人员,Yuksel Temiz为了从各栽角度拍摄微流控芯片,用笑高、Arduino(一栽开源电子原型平台) 和树莓派(名誉卡大幼的微型电脑),一首DIY了一个高精度电动显微镜!

这才是做事喜欢益两不误啊,亲爱亲爱。网友:看了也不会,做了也得废。

Yuksel选择DIY显微镜可不是心血来潮。

一方面,苏黎世的IBM有一个发清晰微镜的传统。1981年,Gerd Binnig和Heinrich Rohrer就在这边发明了扫描隧道显微镜。

睁开全文

行为一个DIY喜欢益者,自然也不甘落后,于是Yuksel也按照了所在钻研所的传统,期待制造了一个价值300美元的模块化电动显微镜。

再者,Yuksel在钻研中实在必要特制一台显微镜,给微流控芯片拍照实在太太太难了!

一人制作,挽救全组:这台显微镜比买的都益用!

由于芯片普及较大,标准显微镜无法拍到集体,但是,Yuksel的钻研组又很必要标准显微镜分辨出清淡相机无法解析的邃密特征。

Yuksel也往钻研了其他钻研幼组的论文,很清晰行家都面临这个挑衅:必要一栽更邃密、能够众角度拍摄芯片的仪器。

带着如许的方针,Yuksel抽出片面余暇时间,打算重新设计一栽几乎能够从任何角度拍摄微距照片的众功能幼型实验室仪器。

插图:James Provost

成像显微镜的设计行使了大量的技术和原料,包括重要组织部件的笑高和3D打印的齿轮和机架来驱动其行动部件。可实现精准行动的步进电机由电机驱动板驱动,并由Arduino限制板限制。树莓派Zero和Pi摄像头模块用于拍摄图像。

最初的设计包含了定制的限制板和在高分辨率打印机上打印的零件,但在公开发布之前,该显微镜重新被设计成能够用现成的板子和零件拼装,这些板子和零件能够在价格较矮的矮分辨率打印机上打印。

Yuksel的第一个原型是一个安设在平台上的树莓派相机模块,它能够行使旧光盘驱动器中的线性步进电机实现在三维空间中移动。树莓派相机是一个理想的选择,由于它能够手动调节ISO设立和曝光时间等关键参数。

制作过程大揭秘,逆复调试后找到了最佳拍摄角度!

IEEE Spectrum在报道中写下了Yuksel在制作过程中逆复调试的过程。

Yuksel先是战战兢兢地拆下了固定透镜的塑料外壳,展现了CMOS图像传感器,并设计了一个巧妙的机构来回移动镜头,如许就能够拍摄高倍率的微距照片。这个装置在一段时间内做事得很益,但它很薄弱。Yuksel几次都不仔细把镜头机构弄坏,并且由于不仔细使移动部件超出极限,导致图像传感器损坏。

于是他决定采取另一栽手段:将透镜十足从Pi相机上取下来;然后,从一个矮成本的USB显微镜中掏出物镜,并将其安设在另一个光盘线性驱动器上,如许物镜就能够沿着Pi相机的光轴来回移动;再用笑高做一个外壳,来珍惜相机的外露传感器。

然而,这栽尝试的首先是,除了对显微镜中行使的线性模组的高价位更添看而却步之外,异国任何首先。光盘驱动器的走程距离太短,联系我们依旧无法达到较宽的放大周围。

随后,Yuksel改用了3D打印机中行使的导螺杆机构。他异国行使常用的8毫米直径的螺纹、轴和轴承,而是行使了3毫米直径的部件来保证装置的幼巧。另外,移动物镜会造成清除杂散光的题目,因而他决定用移动相机传感器来代替。

他搭建了一个平台,让被摄物体沿x轴和y轴移动并旋转。首先,用了六个带变速箱的微型步进电机实现了平台移动,倾斜显微镜,调整它与物体的距离,并对焦图像。

插图:James Provost

角度相等完善!

由于芯片清淡由高逆射率或透明原料制成,给芯片均匀的打光也很关键。

笑高显微镜能够将样品置于LED背光模组挑供的均匀照明下。样品能够前后旁边移动,还能够旋转以找到所需的角度。显微镜主体可上下倾斜,并可调整其与样品的距离和焦距,以挑供分歧水平的放大倍数[底部]。经由过程移动笑高外壳内的无透镜相机模块,转折其与外壳底部的物镜距离来调整焦距。

Yuksel外示他频繁设计本身的Arduino限制板用于实现幼巧的装置。这一次,他设计了一块尺寸为18×18毫米的限制板,采用了ATtiny84微限制器和DRV8834步进电机驱动器。这一配置下的图像质量出奇的益,不光能够拍出芯片的美图,还能够检查微米级别的特征,甚至能够行为数字测角仪来测量接触角。

一最先这个项现在是为了一个特定的需求,但Yuksel很晓畅地认识到,这能够是一个众功能的拍照体系,任何人都能够在家里或私塾拼装和行使。

开源装置表明,期待亲喜欢DIY的人都能享福到制作的有趣

Yuksel在IBM的领导都声援他将该装置表明公开,这简直是在做慈善啊。仅用笑高、3D打印机、树莓派就能够制作一个用于科研的显微镜,能够撙节众少科研经费啊。

然而当他最先准备表明书的时候,被几个题目困扰住了。

他行使了一台最先辈的3D打印机和一个设备齐全的死板车间建造了该装置。并且,行使的幼型步进电机价格腾贵,而且在清淡的业余电子商店里也买不到。经由过程专用的ISP编程器对ATtiny84进走编程,一定比不上带USB接口的商用Arduino限制板编程容易。

因此,Yuksel回归画板,行使容易获得的元件重新设计了一致,例如行使Adafruit工业公司的Arduino限制板和步进电机驱动器,以及28BYJ-48步进电机,这些元件在任何地方用几美元就能找到。他还把LED矩阵光源换成了更易自制、成本更矮的版本。

之后他又从Adafruit公司花3美元买了一个LED背光源模块,并附上一个大功率LED。强度比正本的LED矩阵略矮,但对于逆射光和透射光显微镜来说,均匀度依旧相等不错的。对于新的线性实走器,Yuksel将笑高的“滑动”件与他行使FreeCAD的齿轮工具箱设计的齿条和齿轮联动配相符进走结相符,并行使他幼我的Creality Ender 3打印机打印。新设计的装置效率和之前的相通益,甚至更益。

幼哥将表明书写在了Github上,感有趣的同学能够前往围不都雅~

Github链接:

https://github.com/IBM/MicroscoPy

这个装置实际上能够还有许众地方能够完善,Yuksel期待这个原型能够抛砖引玉,协助其它的制造者尝试新的更益的思想。

那么,它能够替代实验室的显微镜吗?能够不及,但是这一显微镜给那些经费有限的私塾挑供了很益的解决方案,这也是为什么装置表明是开源的,由于期待让每幼我都能够容易获取并笑在其中。

幼哥的IBM主页:

https://researcher.watson.ibm.com/researcher/view.php?person=zurich-YTE

有关报道:

https://spectrum.ieee.org/geek-life/hands-on/build-a-sophisticated-microscope-using-lego-3d-printing-arduinos-and-a-raspberry-pi