Інженер публікує наукові роботи, використовуючи мікроскоп Лего

Інженер публікує наукові роботи, використовуючи мікроскоп Лего
Christopher Sciacca
Інженеру IBM Юксел Теміз знадобився новий мікроскоп для досліджень в галузі мікроелектроніки, тому він створив свій власний з придбаних в магазині цеглин Лего.

Для Юксел Теміз фотографування дуже маленьких предметів — це тільки частина його роботи інженера-мікроелектроніка в дослідницькій лабораторії IBM в Цюриху.

Temiz працює над крихітними пристроями, які використовують мікрофлюідіку: тип крихітних схем на рідкій основі, які замінюють металеві дроти неймовірно маленькими каналами, які направляють потік рідини, як система мікроскопічних каналів. Зокрема, Теміз і його команда розробляють мініатюрні діагностичні інструменти, які можуть аналізувати кров або слину пацієнта. Але щоб дійсно розробити й протестувати ці інструменти, інженери повинні покладатися на надзвичайно потужні мікроскопи, які можуть коштувати десятки тисяч доларів за штуку.

Зрештою, Теміз набридли обмеження на ці пристрої для бутиків, і він побудував своє власне — і це коштувало йому всього 300 доларів, тому що він зробив його майже повністю з цегли Lego.

І це працює: він використовував свій мікроскоп Lego для знімання зображень, які він пізніше опублікував у престижних наукових журналах, включаючи «Наукові досягнення», «Наукові звіти» і «Біомедичні мікропристрої». Тепер він ділиться зі світом інструкцією, яку він розробив, щоб вона виглядала так само, як і в будь-якому іншому наборі Lego.

Футуризм наздогнав Теміз, щоб дізнатися більше про його мікроскопі Lego. Ось наша розмова, яка була злегка відредагований для ясності.

Футуризм: Отже, головне питання: «Чому?» З якими проблемами ви зіткнулися з традиційним мікроскопом, через якого ви вирішили побудувати свій власний з Legos?

Юксель Теміз: Це почалося близько двох років тому. Мене попросили надати дійсно якісні зображення наших мікрофлюідних чіпів. Мене попросили надати зображення, відео для великого технічного заходу, організованого IBM. Організатор хотів художній вигляд під кутом, з красивими квітами рідин, поточними по каналах. Вони знайшли мікроскопічний вигляд зверху досить нудним.

Але жоден з наших мікроскопів в лабораторії не міг отримати високоякісні зображення під кутом. Я взяв відеокамеру, мікролінз і штатив, і я створив дуже недорогу установку, щоб робити гарні знімки під кутом. Я думав, що зможу зробити це сам. Це вже було моїм хобі, тому я почав створювати власні мікроскопи спеціально для отримання високоякісних зображень наших мікрофлюідних чіпів.

Мікроскоп Lego. Юксель Теміз / IBM

Ці чипи мають відображаючі поверхні, тому знімати на звичайну камеру надзвичайно складно. Це як знімок дзеркала. Ви бачите зображення камери, і якщо світ не однорідний, ви бачите точкове джерело світла. Я обговорював з моїми менеджерами, і ми подумали, що це буде класний інструмент для лабораторій, для шкіл, і ми вирішили все відкрити з відкритим вихідним кодом.

А цей мікроскоп Lego взагалі покращив вашу роботу? Чи були зображення під кутом не менше для більш художньої презентації або вони дійсно чогось досягли в інтересах вашого дослідження?

Спочатку ідея полягала в тому, щоб взяти зображення чіпів для публікацій і презентацій. Це краще, ніж вид зверху — він показує глибину. Ці мікрофлюідні канали є тривимірними структурами. Коли він нахилений до вас, ви отримуєте набагато більше. Це як 2D проти 3D. Я не думаю, що це має багато переваг з точки зору діагностики. Якщо у вас є кров або рідина в каналах, вам не знадобиться мікроскоп Lego для кількісної оцінки зразків. Це більше для фотографування для публіки.

Мікрофлюідний чип. Юксель Теміз / IBM

Але ми також помітили, що ви можете зобразити біологічні зразки — є ці мікроскопічні скляні боку, доступні для уроків біології. Це рослини, тканини тварин, клітини, і коли я розміщую їх під мікроскоп, я отримую дійсно хороші зображення. Тоді я подумав, що так, може бути, такий мікроскоп підійде для шкіл, для навчання дітей. Це не тільки для лабораторій, це хороший мікроскоп.

Отже, я бачу, у вас є кілька статей у престижних журналах: «Досягнення науки», «Наукові звіти природи» тощо. Чи є зображення, які з'являються в цих документах, тими ж, які ви зняли за допомогою мікроскопа Lego? Чи доводилося вам повторно брати будь-які зображення з більш традиційними інструментами для остаточного доказу статті?

Як правило, у нас є похилий погляд на чіп. Тоді у нас є вставка поруч з нею з видом зверху конкретної структури. У статті «Досягнення науки» у нас є цей годинник. На відео у нас є похиле зображення годинника, а поруч з ним зображення з мікроскопа з високою роздільною здатністю.

Для наукового журналу у нас є прекрасне зображення чіпа, але потім у нас є дані й зображення, взяті з високоякісного наукового інструменту.

Я не думаю, що мікроскоп Lego хороший для будь-якої діагностичної кількісної оцінки, я повинен підкреслити. Але він добре працює для перевірки друкованих плат, комах, дрібних предметів, всього, що ви можете собі уявити. Це як звичайна камера, але з великим збільшенням.

Хто-небудь з рецензентів вашої газети або самі видавці коментував мікроскоп, або вони прийняли це в рамках вашої методології? Що вони повинні були сказати з цього приводу?

Ні, в загальному, ми отримуємо дуже хороші коментарі про наших цифрах. Це моє хобі: я, як дизайнер-любитель, багато займаюся 3D-анімацією і 2D-дизайном. В цілому, ми отримуємо хороші коментарі про якість малюнків, але не про конкретний кут 3D-зображень.

Журнали публікують наші зображення, але у нас немає можливості використовувати більшість наших зображень в публікаціях. Ми часто використовуємо зображення в наших презентаціях. Я представив нашу роботу на великих конференціях в нашій області за участю до 500 000 осіб, і перше, що вони говорять, це те, що у нас є гарні зображення.

Оскільки він виготовлений з цегли Lego, зібраних вручну, ви взагалі возилися з мікроскопом, щоб змінити його роботу? Наприклад, чи можуть різні настройки дати вам різну функціональність?

До цього у мене було ще три прототипи. У останнього було кілька кубиків Lego, але у першого взагалі не було Lego. Все було надруковано в 3D. У IBM у нас дуже хороший механічний цех і дуже талановиті фахівці, тому вони допомогли мені. Спочатку я не використовував кубики Lego, і тому я почав використовувати кубики Lego, тому що хотів мати модульний мікроскоп і налаштовувати його.

В цьому мікроскопі ми можемо отримувати зображення у світлі — класична техніка зі світлом внизу, потім зразок і камера. Ми можемо робити відображені зображення, використовуючи світло під кутом, а камеру під кутом, і ми можемо робити зображення в поперечному перерізі під мікроскопом, перпендикулярним зразком. Іноді зразок великої, іноді маленький, іноді вам потрібно трохи більше місця між камерою і зразком.

Краплі води. Юксель Теміз / IBM

Я почав 3D-друк взаємопов'язаних деталей і зрозумів, що то, що я друкував, було майже точно цеглинкою Lego. Тому я сказав: «Чому я повинен витрачати час на 3D-друк?» Я почав додавати цеглини Lego до свого дизайну, трохи більше і більше, і він став гібридним 3D-дизайном Lego. І потім, після того як ми вирішили відкрити всі, що потрібно, з відкритим вихідним кодом, я повністю змінив дизайн мікроскопа таким чином, щоб люди могли — якщо у них вдома є 3D-принтер — створювати його будинку.

Дизайн набагато зручніше для виробника, не вимагає ніяких професійних інструментів.

Чи є всі цеглини готовими Lego?

Це всі цеглини Lego, які ви можете купити й купити окремо. У Lego є магазин «Pick a Brick», де ви можете купити їх окремо. Я надрукував на 3D-принтері кілька компонентів, щоб з'єднати частина Lego з моїм рекомендованим компонентом. Наприклад, я надрукував 3D-адаптер для кріплення двигуна до Legos.

Ви згадали, що вони можуть бути використані для поліпшення доступу до наукових досліджень в шкільних системах або в країнах, що розвиваються. Чи не могли б ви розповісти мені більше про те, як це буде виглядати?

У мене є для цього цілі. Багато людей запитують мене, чи можуть вони купити його в комплекті. У нас були плани на це, але через COVID нам довелося відкласти їх. В ідеалі ми можемо зателефонувати в компанію по виробництву електроніки й подивитися, чи є підтримка, щоб надати її разом з Lego. Електронна компанія надала б електроніку у вигляді комплекту, можливо, Lego могла б надати її у вигляді магазину в один клік.

Перевага шкіл в тому, що, по-перше, це Lego — їм цікаво. І тоді студенти можуть використовувати свою уяву, щоб зібрати мікроскоп разом з різними компонентами. Є трохи електроніки, а потім є частина обробки зображень. Все це базується на Python, тому діти в школах можуть почати програмувати прості речі. Ці предметні скельця для мікроскопів можуть бути вже цікаві, тому що діти можуть вставити зразок, і програмне забезпечення вже може сказати: «Гей, це клітка цієї рослини», тощо.

Скільки часу буде потрібно, щоб побудувати його від початку до кінця?

Припускаючи, що всі перед вами, і електронна плата вже доступна, тому що паяльна частина — це не те, що дитина повинна робити, пів години. Я зібрав його для інтерв'ю, і це зайняло пів години, але для людини, у якої немає досвіду, може бути, годину?

Тільки збірка, після документа PDF, займе у вас близько години.

І ви зробили інструкції в стилі Лего, вірно?

Так, це в PDF. Я витратив більше часу на документацію, ніж сам мікроскоп, просто щоб кожен міг легко зрозуміти її.

Що ще ви хочете, щоб люди знали про це? Чи є що-небудь, про що я, хтось, хто грав з Лего в дитинстві, але, звичайно, не інженер, не знав би запитати?

Це не науковий прорив, очевидно, це просто збірка компонентів з полиці.

З наукової точки зору це не цікаво — в порівнянні з тим, що ми робимо в лабораторії, це не те, що ви б опублікували в журналі високого рівня. Але для багатьох лабораторій, які працюють над мікрофлюідікою, це може бути корисним інструментом для тестування.

Автор: Ден Робітцкі
ОСТАННІ КОМЕНТАРІ