Picroscope: microscopio interattivo a basso costo: 12 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Ciao e Benvenuto!

Mi chiamo Picroscope. Sono un microscopio economico, fai-da-te, alimentato da RPi che ti consente di creare e interagire con il tuo micro-mondo personale. Sono un grande progetto pratico per qualcuno che è interessato alla biotecnologia e ai mondi della microbiologia, dell'ottica o dell'elettronica fai-da-te. Posso essere costruito praticamente da chiunque, indipendentemente dall'età o dal livello di abilità. Che tu sia uno studente delle medie in cerca di un fantastico progetto di scienze, uno studente delle superiori in una lezione di biologia, un produttore nel tuo garage o anche uno scienziato che fa esperimenti di biofisica, il mio obiettivo è aiutarti a capire meglio il mondo microscopico che circonda tu. Con l'aiuto di pochi componenti elettronici e una stampante 3D, posso essere costruito in un giorno e con un budget di 60 dollari!

Se sei arrivato così lontano, significa che sei interessato a fare uno di me! Sì! Iniziamo!

Passaggio 1: materiali e costi ($)

La microbiologia del picroscope dà vita al tuo micromondo:

★ Vetrini per microscopio e vetrini coprioggetto (6,78 USD)

★ Nastro monoadesivo trasparente

L'Ottica del Picroscope ingrandisce il tuo Micro-Mondo:

★ Obiettivo CCTV (3,25 USD)

★ Anello di blocco dell'obiettivo CCTV (1,25 USD)

L'elettronica del picroscope ti porta nel tuo micromondo:

★ Computer portatile o desktop con Mac OS o Windows*

*Windows richiede PuttySoftware e WinSCP Software, mentre Mac utilizza il programma Terminal preinstallato

★ Raspberry Pi Zero W (10,00 USD) - OFFERTA A TEMPO LIMITATO: Micro-center ha 5 USD Pi Zero W!

ANDArducam - Fotocamera Raspberry Pi (16,99 USD)

O

Pacchetto fotocamera RaspPi Zero W con fotocamera RaspPi da 8 MP (44,95 USD)

★ Intestazione maschio GPIO (.95 USD)

★ Scheda SD da 8+ GB (6,98 USD)

★ Confezione da 120 cavi per ponticelli (6,98 USD) - Trovato in Makerspaces - *Non li userai tutti e 120, ma non fa mai male avere cavi per ponticelli di riserva ed economici!

★ Forbici O Spelafili/Tagliafili (6,98 USD)

★ Confezione da 20 resistori da 100 Ohm (0,95 USD)

★ LED diffuso (0,50 USD) - Acquista un paio in più per il backup, se possibile

★ Micro USB (2,99 USD) - Trovato nella maggior parte delle case

★ Kit saldatore (9,85 USD) - Trovato in Makerspaces

Le parti stampate in 3D del picroscope supportano il tuo micromondo:

★ Componenti strutturali stampati in 3D (8-12 USD) - File zip nel passaggio 2

***IMPORTANTE: acquista tutti i materiali prima di costruire! Inoltre, leggi attentamente ogni passaggio per informazioni più specifiche sui materiali.

Passaggio 2: stampa 3D

1. Scarica STL_FIles.zip sul tuo computer e decomprimi i file in una cartella.

2. Stampare le parti utilizzando la propria stampante 3D OPPURE utilizzare uno dei servizi di stampa 3D online affidabili elencati di seguito.

3. IMPORTANTE: utilizzare il seguente elenco per sapere quante parti di ciascuna parte è necessario stampare:

1. Base = 1 Parte
2. Base+Top_Stop = 8 parti
3. Big_Slide_Tray = 2 parti
4. Cam_Fasteners = 2 parti
5. Cam+Les_Holder = 1 parte
6. Lens_Remover = 1 parte
7. Small_Slide_Tray = 2 parti
8. Pareti_strutturali = 2 parti

Servizi di stampa 3D online suggeriti

Servizio affidabile utilizzato da me - Maker Tree 3-D:

1. Visita https://www.makertree3d.com/ sul tuo computer.

2. Crea un account su Maker Tree 3D.

3. Accedi al tuo account.

4. Fare clic su Servizi di stampa 3D e selezionare Carica file per la stampa 3D.

5. Carica tutti i file STL dalla cartella decompressa.

6. Modificare le quantità di ciascuna parte in base al passaggio IMPORTANTE #3.

7. Puoi scegliere tra PLA o ABS per il tuo materiale. Sebbene il PLA sia più economico, l'ABS è più robusto e fornisce un supporto extra. Entrambi i materiali funzioneranno per il tuo picroscope, ma se il tuo budget lo consente, scegli ABS.

8. Le lattine di parti possono essere spedite per meno di $ 10 ed entro 3-5 giorni lavorativi quando si sceglie la spedizione standard.

Servizio affidabile (include servizi di spedizione internazionale) - Hub 3-D:

1. Visita https://www.3dhubs.com/ sul tuo computer.

2. Crea un account su Hub 3D. Se hai un'e-mail per studenti, usa l'e-mail per il tuo account e ottieni il 25% di sconto sul tuo ordine.

3. Accedi al tuo account.

4. Fare clic su Ordina parti personalizzate e selezionare Stampa 3D.

5. Carica tutti i file STL dalla cartella decompressa.

6. Modificare le quantità di ciascuna parte in base al passaggio IMPORTANTE #3.

7. Puoi scegliere tra PLA o ABS per il tuo materiale. Sebbene il PLA sia più economico, l'ABS è più robusto e fornisce un supporto extra. Entrambi i materiali funzioneranno per il tuo picroscope, ma se il tuo budget lo consente, scegli ABS.

8. Le lattine di parti possono essere spedite per meno di $ 10 ed entro 3-5 giorni lavorativi quando si sceglie la spedizione standard.

Passaggio 3: installazione di Raspberry Pi Zero W

***Ricordati di avere tutte le tue Parti Elettroniche prima di continuare…

Esistono diversi modi per configurare Raspberry Pi Zero W. Alcuni richiedono determinati materiali, mentre altri no. Ho fornito alcuni dei miei siti Web preferiti per configurare il mini computer in base a determinati materiali che potresti avere o meno. Scegli quello che fa per te.

Migliore guida per principianti a Pi Zero W:

learn.sparkfun.com/tutorials/getting-start…

*Questa guida fornisce tutte le nozioni di base su Pi Zero W, inclusa un'introduzione all'hardware e alla configurazione del sistema operativo (sistema operativo). NOTA: se non si ha accesso al monitor di un computer ea un cavo da mini a HDMI, leggere fino a "Installazione del sistema operativo"

La migliore guida all'installazione senza testa (nessun accesso al monitor del computer) per Pi Zero W:

desertbot.io/blog/setup-pi-zero-w-headless…

*Questo sito Web offre un'ottima guida su come configurare il sistema operativo senza bisogno di un monitor. NOTA: questo sito Web richiede di disporre di un sistema operativo Mac. Se hai Windows, usa questo sito Web:

La migliore guida all'installazione senza testa e offline (nessuna connessione Wi-Fi) per Pi Zero W:

desertbot.io/ssh-into-pi-zero-over-usb/

*Questo sito Web (realizzato anche da desertbot.io) fornisce una guida su come accedere alla configurazione del sistema operativo senza bisogno di un monitor o di una connessione Wi-Fi. NOTA: questo sito Web richiede anche di disporre di un sistema operativo Mac.

IMPORTANTE:

Annota il nome host del tuo Pi Zero W, il nome utente e la password di accesso dopo averlo impostato perché lo useremo per accedere in remoto al Pi Zero W. Se non modifichi nessuna di queste informazioni, ricorda che il nome host predefinito e il login la password è raspberrypi e il nome utente di accesso predefinito è pi.

Passaggio 4: configurazione dell'interfaccia del software

1. Alimentare il Pi Zero W utilizzando il cavo Micro-USB.

2. SSH (Accesso remoto) nel Raspberry Pi usando il tuo laptop:

Per mastice di Windows:

1. Immettere [HOSTNAME].local per il nome host, fare clic sul pulsante SSH per il tipo di connessione e premere Apri.
2. Inserisci il nome utente e la password di accesso quando richiesto.

Per terminale Mac:

1. Inserisci questo comando nel Terminale ssh [USERNAME]@[HOSTNAME].local
2. Inserisci la tua password quando richiesto.

***NOTA: il completamento del passaggio successivo richiederà circa 10 ore. Sarà molto tempo. Quindi, quando arrivi al passaggio 3.9., preparati ad aspettare… molto. Ma, il lato positivo, ti verrà dato del tempo per fare alcune cose produttive. Ad esempio, puoi andare avanti e recuperare i tuoi programmi Netflix, guardare l'intera saga di Star Wars o persino lavorare avanti in questo Instructables. La scelta è tua. Qualunque cosa sia, spero che tu ti diverta!

3. Immettere i seguenti comandi per configurare OpenCV (Computer Vision) nella CLI (Command Line Interface) su SSH:

**Nota: se in qualsiasi momento la CLI ti chiede "Vuoi continuare?", inserisci y

sudo apt-get install build-essential

sudo apt-get install cmake git libgtk2.0-dev vim pkg-config libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev

sudo apt-get install python-dev python-numpy python-pip libtbb2 libtbb-dev libjpeg-dev libpng-dev libtiff-dev libjasper-dev libdc1394-22-dev

*** Le immagini mostrano che ho creato una directory principale che contiene la directory opencv clonata, ma l'ho scartata dai passaggi per rendere le cose un po' più semplici…

git clone

cd opencv/

build mkdir

creazione cd/

cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local -D INSTALL_PYTHON_EXAMPLES=ON..

fare

sudo make install

cd

4. Scarica e decomprimi la cartella picroscope.zip sul tuo laptop. Quindi, trasferisci la cartella su Pi Zero W:

Per Windows WinSCP: *Immagine 6

1. Immettere [HOSTNAME].local per il nome host, digitare il nome utente e la password di accesso quando richiesto, selezionare SFTP per Protocollo file e fare clic su Accedi.
2. Trova e trascina la cartella dall'unità del tuo laptop a sinistra del programma a destra, che è dove si trova la tua home directory per il Pi Zero W.

Per terminale Mac: *Immagine 7

1. Fai clic sul segno più del tuo Terminale per creare una nuova scheda/sessione.
2. Immettere il comando sftp [USERNAME]@[HOSTNAME].local
3. Inserisci la tua password quando richiesto.
4. Trova il percorso della tua cartella sul tuo laptop e inserisci il comando pwd nella scheda ssh del tuo terminale per capire il percorso della directory home del tuo Pi Zero W. Copia questi percorsi quando richiesto nel passaggio successivo.
5. Immettere il comando put -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW]

5. Immettere i seguenti comandi per verificare se OpenCV funziona e se è possibile utilizzarlo in Python: *Immagine 8

cd

python import cv2

Se ricevi un errore, risolvi i problemi utilizzando Internet. Se tutto il resto fallisce, pubblica di seguito sul forum in modo che la comunità di Instructables e io possiamo provare ad aiutarti.

Se non hai errori, OpenCV funziona! SÌ! Puoi inserire il seguente comando per chiudere la CLI Python:

Uscita()

Puoi finalmente spegnere il tuo Pi Zero W con questo comando:

sudo spegnilo ora

Scollegare il cavo USB dal Pi Zero W.

Passaggio 5: aggiungere l'ottica di ingrandimento

***Ricorda di avere tutte le parti stampate e ottiche in 3D prima di continuare con questo passaggio…

1. Raccogliere la fotocamera stampata in 3D e il supporto per obiettivo CCTV (telecamera + supporto per obiettivo), l'obiettivo CCTV e l'anello di blocco. *Immagine 1

2. Orientare l'obiettivo CCTV in modo che l'obiettivo più piccolo sia rivolto verso l'alto. *Immagine 2

3. Inserire l'obiettivo CCTV orientato nel foro cilindrico del supporto dell'obiettivo.

4. Spingere con cautela l'obiettivo CCTV attraverso l'apertura circolare nel supporto dell'obiettivo. *Immagine 3

5. Posizionare l'anello di blocco sopra l'obiettivo CCTV. *Immagine 4

6. Avvitare a metà l'anello di bloccaggio nell'obiettivo CCTV. *Immagine 5

7. Tirare con cautela l'obiettivo CCTV verso il basso finché l'anello di blocco non si attacca alla parte superiore del supporto dell'obiettivo. *Immagine 6

Passaggio 6: costruire la struttura

1. Raccogliere la base di illuminazione a LED, le 2 pareti strutturali e 4 degli 8 dispositivi di fissaggio grandi. *Immagine 1

2. Posizionare la base di illuminazione a LED in piano sopra il banco da lavoro. *Immagine 2

3. Scegliere una delle pareti strutturali e posizionare la più spessa delle due cerniere ad angolo retto (evidenziata in *Immagine 1) sopra la base in modo che i fori siano allineati con due dei quattro fori della base.

4. Fissare la parete strutturale alla base utilizzando due degli elementi di fissaggio.

5. Ripetere i passaggi 3-4 per la seconda parete. *Immagine 3

6. Raccogli il supporto per fotocamera e obiettivo con l'obiettivo CCTV e gli altri 4 dispositivi di fissaggio grandi. *Immagine 4

7. Allineare il supporto della telecamera e dell'obiettivo sopra i cardini superiori delle pareti strutturali in modo che l'obiettivo CCTV sia rivolto verso la base.

8. Fissare il supporto alle pareti utilizzando i dispositivi di fissaggio grandi. *Immagine 5

Metti da parte la struttura, mentre installiamo il Raspberry Pi e la fotocamera.

Passaggio 7: configurazione della fotocamera

Regolazione ottica della fotocamera:

1. Utilizzare il dispositivo di rimozione dell'obiettivo stampato in 3D per svitare l'obiettivo sulla fotocamera. *Immagine 1 e 2
2. Rimuovere con cautela il filtro di vetro a specchio caldo nella fotocamera. *Immagine 3
3. Conservare l'obiettivo e il filtro di vetro in un'unità di conservazione sicura e asciutta (ad esempio un sacchetto di plastica).

Collegamento della fotocamera a Pi Zero W:

1. Raccogli la fotocamera, il Raspberry Pi Zero W e il cavo CSI. *Immagine 4
2. Apri la porta CSI della fotocamera e la porta CSI del Raspberry Pi. *Immagine 5
3. Collegare le due estremità del cavo CSI alle porte CSI in base alle loro dimensioni. *Immagine 6
4. Chiudere le porte CSI.

Passaggio 8: configurazione dell'interfaccia della fotocamera su Pi Zero W

1. Alimentare il Pi Zero W utilizzando il cavo Micro-USB.

2. SSH nel Pi Zero W, come al solito (passaggio 3 per riferimento)

3. Segui i comandi per abilitare l'interfaccia della fotocamera sul Pi Zero W:

1. Inserisci sudo raspi-config nella CLI
2. Seleziona "5 opzioni di interfacciamento"
3. Seleziona "Fotocamera P1"
4. Seleziona "Sì" quando ti viene chiesto se la fotocamera deve essere abilitata
5. Seleziona "Sì" quando ti viene chiesto di riavviare il Pi Zero W

4. SSH nel Pi Zero W, ancora una volta

5. Esegui i comandi per scaricare l'interfaccia di Python con la fotocamera e il server di facile utilizzo:

sudo pip install picamera

sudo pip install Flask

7. Segui questi passaggi e comandi per verificare se la fotocamera funziona:

cd picroscope

python LiveStream.py

1. Apri un browser web e inserisci quanto segue nella barra degli URL: [HOSTNAME].local:5000
2. Dovresti essere in grado di vedere un live streaming della tua videocamera. Il live streaming sarà sfocato perché la videocamera non ha obiettivi, ma non preoccuparti. La tua fotocamera è perfettamente funzionante per il Picroscope! SÌ!

8. Spegnere il Pi Zero W e scollegare entrambi i cavi Micro-USB e CSI.

Passaggio 9: configurazione hardware finale (pronto… impostazione… saldatura!)

***Se hai MENO di 16 anni, PER FAVORE saldare con la supervisione di un adulto!

Saldare i pin dell'intestazione al Pi Zero W:

1. Raccogli il tuo Pi Zero W, il kit di saldatura e i pin dell'intestazione maschio GPIO.
2. Posiziona l'estremità più corta dei Pin Header attraverso la parte anteriore del Pi Zero W. *Immagine 1
3. Saldare con cura i 40 pin con il kit del saldatore. Se non hai mai saldato prima, ti suggerisco di dare un'occhiata a questa fantastica guida (include un ottimo video per principianti): https://learn.sparkfun.com. *Immagine 2
4. Conserva il tuo saldatore per il passaggio successivo. Tuttavia, scollegalo se non hai i materiali della configurazione successiva.

Configurazione dell'illuminazione a LED (AGGIORNAMENTO: Spelatura e saldatura dei fili ora richieste):

1. Raccogli 2 cavi jumper femmina-femmina, Pi Zero W, una resistenza da 100 Ohm, un LED diffuso. *Immagine 3
2. Rimuovere il connettore del ponticello con le forbici e spellare un'estremità di ciascun ponticello utilizzando le forbici o uno spelafili. *Immagine 4
3. Saldare un cavo jumper al cavo corto del LED diffuso.
4. Saldare il resistore al cavo lungo del LED diffuso e l'altra estremità del resistore al secondo filo spellato.
5. Collegare il Jumper Wire che è saldato al cavo corto del LED al Pin 6 del Pi Zero W. *Immagine 7 per riferimento
6. Pulisci dopo aver terminato la saldatura. L'attrezzatura di saldatura non è più necessaria.
7. Alimenta il Pi Zero W con la Micro-USB.
8. Collega l'altro Jumper Wire al Pin 2 del Pi Zero W. Il LED dovrebbe accendersi! SÌ!
9. Scollegare i cavi dei ponticelli collegati al Pi Zero W e alla Micro-USB.
10. Conserva tutti questi materiali per la configurazione finale.

Configurazione finale:

1. Ora raccogli la tua struttura stampata in 3D, la fotocamera, il cavo CSI, i dispositivi di fissaggio della fotocamera, i vassoi per vetrini piccoli e i vassoi per vetrini grandi.
2. Posiziona la fotocamera sopra il supporto per fotocamera e obiettivo e fissala con i dispositivi di fissaggio della fotocamera. *Immagine 8
3. Montare il Pi Zero W su una delle pareti strutturali utilizzando l'array di fori a 40 pin sulle pareti. *Immagine 9
4. Collegare il cavo CSI alla fotocamera e al Pi Zero W. *Immagine 10
5. Inserire i vassoi per vetrini piccoli o grandi nelle fessure delle pareti strutturali.
6. Infine, collega i cavi del ponticello e il LED di nuovo al Raspberry Pi Zero W. Posiziona il LED nel supporto per pin sulla base di illuminazione. *Immagine 11

CONGRATULAZIONI! Hai costruito il tuo Picroscope! Scatta una foto e pubblicala qui sotto!

Passaggio 10: creare il tuo mondo microscopico

1. Alimentare il Pi Zero W utilizzando il cavo Micro-USB.

2. SSH nel Pi Zero W.

3. Raccogliere uno dei vetrini per microscopio e posizionare un oggetto molto piccolo sul vetrino, come una ciocca di capelli.

4. Posizionare un pezzo di nastro adesivo sull'oggetto in modo che sia fissato sul vetrino. Questo aiuta a mettere a fuoco l'oggetto.

4. Far scorrere il vetrino del microscopio attraverso i vassoi del picroscope.

5. Segui questi comandi per verificare se il Picroscope funziona:

1. Inserisci: cd picroscope
2. Inserisci: python LiveStream.py
3. Regola la messa a fuoco dell'immagine ruotando con cautela l'obiettivo CCTV in senso orario o antiorario. *Immagine 1

6. Ora puoi vedere l'immagine microscopica (4x) della tua ciocca di capelli! Prova altri oggetti microscopici o persino esseri viventi, come piccoli insetti.

*Ricorda di fare attenzione quando maneggi il Picroscope e, soprattutto, divertiti!

Step 11: Euglena World

Materiali aggiuntivi per un mondo vivente microscopico

★ Pipette e Euglena Gracilis (10.75):

★ Gelatina di petrolio (2.40):

★ Vetrini per microscopio e coprioggetto

★ Nastro biadesivo trasparente

Sharpie

Costruire un mondo Euglena

1. Tagliare due strisce estremamente piccole di nastro biadesivo dal distributore di nastro adesivo.

2. Posizionare il nastro sui bordi opposti di un coprioggetto.

3. Attaccare il coprioggetto al centro del vetrino da microscopio.

4. Pipettare un po' dell'acqua Euglena Gracilis dal barattolo.

5. Inserire una goccia d'acqua della pipetta nel bordo del coprioggetto senza nastro adesivo. Assicurati che l'intera area sotto il coprioggetto sia coperta d'acqua.

7. Usa un tovagliolo di carta per pulire l'acqua in eccesso sul vetrino.

8. Aggiungere un po' di vaselina ai bordi dei coprioggetto. È meglio usare un batuffolo di cotone per aggiungere la gelatina poiché la gelatina aiuta l'acqua ad evaporare.

9. Usa un pennarello per scrivere il nome del tuo campione e la data da qualche parte sulla diapositiva. Questo è per riferimento ed è una buona pratica di laboratorio.

10. Il tuo mondo Euglena è pronto! Dai un'occhiata sotto il tuo Picroscope!

Leggi le incredibili capacità fototattiche dell'Euglena:

Sopra, ho aggiunto un paio di video per dare un'idea di cosa sarai in grado di fare con Euglena World e i programmi di elaborazione delle immagini.

Passaggio 12: grida e collaborazione

Grazie mille al Riedel-Kruse Lab della Stanford University! Senza il loro supporto e tutoraggio, non sarei mai stato in grado di concettualizzare, progettare e costruire questo fantastico progetto! Dai un'occhiata a tutte le loro fantastiche ricerche biotecnologiche interattive qui:

Grazie e grida:

--- Grazie al Professor Ingmar Riedel-Kruse per avermi permesso di lavorare nel tuo laboratorio quest'estate!

--- Grazie a Onestà per essere un mentore e un amico INCREDIBILE. Sei sempre stato lì per guidarmi, permettendomi anche di elaborare i miei progetti e le risposte ai problemi.

--- Grazie a Peter per essere un altro FANTASTICO mentore e amico.

--- Grazie a tutti i membri del Riedel-Kruse Lab per avermi aiutato con problemi specifici e tecnici.

--- S/O e Enorme Grazie alla mia famiglia per avermi sempre incoraggiato e sostenuto!

Se sei interessato a collaborare con me, per favore pubblica qui sotto sul forum! Inoltre, per favore premi il pulsante dei preferiti e non dimenticare di votare per me!

Seguimi su Twitter @RiksEddy per vedere cos'altro sto facendo!!

Tanti auguri per i tuoi impegni futuri, Rik

Primo Premio al Concorso Raspberry Pi 2017