Tre nuovi progetti per l’automatizzazione della microscopia ottica amatoriale

Ho recentemente pubblicato nel mio sito su AUTODESK Instructables altri tre progetti di microscopia. Sono nati come progetti didattici (STEM) ma possano essere anche utili per applicazioni amatoriali scientifiche. Mio figlio Leonardo (ma anche il resto della famiglia), mi ha aiutato nella creazione della documentazione per questi progetti. In questo articolo riassumo brevemente in italiano la natura edei tre progetti. Le istruzioni dettagliate in inglese per la realizzazione dei progetti possono essere lette sul sito Instructables seguendo i links.

Il Roto-Microscopio

Questo progetto mira a sviluppare un dispositivo che integrato con un microscopio USB economico consenta di scattare foto 3D di piccoli campioni. Il progetto nasce come un’attività educativa di tipo STEM per creare Arduino, la ricostruzione di immagini 3D e la stampa 3D un’attrezzatura utile per alcune entusiasmanti attività scientifiche. Come il mio progetto precedente, è anche l’occasione per condividere attività coinvolgenti ed educative con la mia famiglia e in particolare con mio figli Leonardo che mi ha aiutato a creare questa documentazione e a valutare il dispositivo nel ruolo di un entusiast studente. In questa occasione, anche la mia adorabile moglie ci ha aiutato a realizzare il video dell’assemblaggio dell’attrezzatura.
Il roto-microscopio consente di controllare la posizione di un semplice microscopio USB attorno al campione. Questo ci permette di scattare foto accurate da diverse angolazioni e non solo dall’alto lungo la verticale come nei tradizionali microscopi ma anche da direzioni diverse. Questa non è un’idea nuova, poiché esistono microscopi professionali che operano allo stesso modo. Tuttavia, la realizzazione di dispositivo richiede una spesa modesta alla portata di uno studente garantisce molto divertimento nel costruirlo e produce risultati di buona qualità.

Il ROTAforMI

Il primo progetto è il dispositivo chiamato con l’acronimo ROTAforMI (RObotic TAble for Microscopy). Esso permette di controllare la posizione e l’orientamento di un vetrino da microscopio utilizzando quattro gradi di libertà. Questo prototipo è uno sviluppo complementare a quello del Roto-microscope. Il dispositivo è interamente stampato in 3D ed è azionato da quattro piccoli servo motori controllati da un microcontrollore Arduino Nano. Il dispositivo può essere comandato manualmente tramite due micro joystick ed, eventualmente ,anche automaticamente tramite una sequenza programmata di movimenti. Inoltre, un telecomando Bluetooth può essere usato per scattare istantanee con la fotocamera di uno smartphone.

Il dispositivo è stato progettato in modo modulare per essere adattato ad usi diversi. Ad esempio, la rimozione dello stadio inferiore per il movimento lungo l’asse Y permette di montare il dispositivo con il movimento X e Z al piano di osservazione di uno stereomicroscopio consentendo lo scanning lungo X del vetrino con il foto stacking lungo Z. Sebbene l’interfaccia elettronica sia piuttosto ingombrante, il dispositivo è semplice da montare e utilizzare con il semplice programma di controllo. Lo scopo finale è quello di utilizzarlo per lo stacking automatico di foto o per la ricostruzione di immagini microscopiche in 3D. Tuttavia, siamo sicuri che ci siano altre possibili applicazioni in cui un piccolo movimento in dimensioni 3D e una rotazione del piano di osservazione possono essere utili.

Questo è un prototipo e c’è molto spazio per miglioramenti. Pertanto commenti e suggerimenti costruttivi sono sempre benvenuti.

The ROTAforMI

Il ROMio

Un altro progetto STEM è disponibile qui sul mio sito AUTODESK Instructable. Non potevamo fare a meno di continuare a esplorare il nostro hobby preferito: la microscopia. L’interesse ricevuto nei nostri precedenti progetti relativi alla microscopia ci ha incoraggiato a proporre altre idee e progetti basati su ulteriori elaborazioni sia del progetto ROTAforMI che del roto-microscopio. Per quest’ultimo, Arduino è stato il microcontrollore preferito. In questo nuovo dispositivo, abbiamo deciso di fare un ulteriore passo avanti per avventurarci nell’uso del favoloso computer Raspberry PI. I risultati hanno ripagato tutti gli sforzi; il nuovo ROMio (spero che il lettore appassionato di Shakespeare ci perdoni per aver usato l’assonanza con il suo più illustre personaggio per il nome del dispositivo) è una piattaforma mobile XY per microscopi digitali USB comandati a distanza da un RaspPI zero 2 W. Oltre ai movimenti di traslazione, è possibile regolare il messa a fuoco del microscopio digitale con un servomotore aggiuntivo. Abbiamo sviluppato un semplice programma Python (chiamato RasPyliet) per controllare il microscopio e raccogliere automaticamente una serie di immagini per la ricostruzione usando la tecnica dello stitching.

Inoltre, utilizzando una RaspCamera aggiuntiva, è possibile monitorare il corretto funzionamento del dispositivo. Il progetto richiede una stampante 3D, un microscopio USB economico e un Raspberry PI zero W (o modelli superiori) versione 2. Il progetto potrebbe essere utilizzato come progetto STEM o come sostituto economico di attrezzature scolastiche più costose per progetti di biologia.

La storia di ROMIO e RasPyiet non è finita in tragedia, ma come ogni prototipo presenta ancora alcuni problemi e limiti noti e c’è spazio per miglioramenti. Quindi speriamo vi piaccia, e commenti e suggerimenti costruttivi sono sempre ben accetti!

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