Picroscópio: microscópio interativo de baixo custo: 12 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Olá e bem-vindo!

Meu nome é Picroscópio. Sou um microscópio acessível, DIY, movido a RPi, que permite que você crie e interaja com seu próprio micro-mundo. Eu sou um ótimo projeto prático para alguém que está interessado em biotecnologia e os mundos da microbiologia, óptica ou eletrônica DIY. Posso ser construído por praticamente qualquer pessoa, independentemente da idade ou nível de habilidade. Quer você seja um estudante do ensino fundamental em busca de um projeto legal de ciências, um estudante do ensino médio em uma aula de biologia, um criador em sua garagem ou até mesmo um cientista fazendo experimentos em biofísica, meu objetivo é ajudá-lo a entender melhor o mundo microscópico que o cerca tu. Com a ajuda de alguns componentes eletrônicos e uma impressora 3D, posso ser fabricado em um dia e com um orçamento de 60 dólares!

Se você chegou até aqui, isso significa que está interessado em fazer um de mim! Isso! Vamos começar!

Etapa 1: Materiais e custos ($)

A Microbiologia do Picroscópio dá vida ao seu Micro-Mundo:

★ Lâminas de microscópio e lâminas de cobertura (US $ 6,78)

★ Fita transparente de um lado

A Óptica do Picroscópio amplia seu Micro-Mundo:

★ Lente CCTV (3,25 USD)

★ Anel de bloqueio de lente CCTV (US $ 1,25)

A Eletrônica do Picroscópio leva você ao seu Micro-Mundo:

★ Laptop ou desktop com Mac OS ou Windows *

* O Windows requer PuttySoftware e WinSCP Software, enquanto o Mac usa o programa Terminal pré-instalado

★ Raspberry Pi Zero W (10,00 USD) - NEGÓCIO POR TEMPO LIMITADO: Micro-center tem 5 USD Pi Zero W!

ANDArducam - Câmera Raspberry Pi (16.99 USD)

OU

Pacote de câmera RaspPi Zero W com câmera RaspPi de 8 MP (44,95 USD)

★ Cabeçalho GPIO masculino (US $ 0,95)

★ Cartão SD de 8 GB ou mais (US $ 6,98)

★ 120 Pack of Jumper Wires (6,98 USD) - Encontrado no Makerspaces - * Você não usará todos os 120, mas nunca é demais ter fios de jumper sobressalentes e baratos!

★ Tesoura OU descascador / cortador de fios (6,98 USD)

★ Pacote de 20 resistores de 100 ohms (US $ 0,95)

★ LED difuso (0,50 USD) - Compre um par extra para backup, se possível

★ Micro USB (2,99 USD) - encontrado na maioria das casas

★ Kit de ferro de solda (9,85 USD) - encontrado no Makerspaces

As partes impressas em 3-D do picroscópio dão suporte ao seu micro-mundo:

★ Componentes estruturais impressos 3-D (8-12 USD) - Arquivo Zip na Etapa 2

*** IMPORTANTE: Compre todos os materiais antes de construir! Além disso, leia atentamente cada etapa para obter informações mais específicas sobre os materiais.

Etapa 2: Impressão 3D

1. Baixe o STL_FIles.zip no seu computador e descompacte os arquivos em uma pasta.

2. Imprima as peças usando sua própria impressora 3-D OU use um dos serviços de impressão 3-D on-line confiáveis listados abaixo.

3. IMPORTANTE: Use a lista a seguir para saber quantos de cada parte você precisa imprimir:

1. Base = 1 parte
2. Base + Top_Stops = 8 peças
3. Big_Slide_Tray = 2 peças
4. Cam_Fasteners = 2 partes
5. Cam + Lens_Holder = 1 parte
6. Lens_Remover = 1 parte
7. Small_Slide_Tray = 2 partes
8. Structural_Walls = 2 Parts

Serviços de impressão 3-D online sugeridos

Serviço confiável usado por mim - Maker Tree 3-D:

1. Visite https://www.makertree3d.com/ em seu computador.

2. Crie uma conta no Maker Tree 3D.

3. Faça login em sua conta.

4. Clique em Serviços de impressão 3-D e selecione Carregar arquivos para impressão 3D.

5. Carregue todos os arquivos STL de sua pasta descompactada.

6. Altere as quantidades de cada parte com base na etapa IMPORTANTE # 3.

7. Você pode escolher entre PLA ou ABS para o seu material. Embora o PLA seja mais barato, o ABS é mais resistente e fornece suporte extra. Qualquer um dos materiais funcionará no seu picroscópio, mas se o seu orçamento permitir, escolha o ABS.

8. As latas de peças são enviadas por menos de $ 10 e dentro de 3-5 dias úteis quando você escolhe o frete padrão.

Serviço confiável (inclui serviços de frete internacional) - Hubs 3-D:

1. Visite https://www.3dhubs.com/ em seu computador.

2. Crie uma conta em Hubs 3D. Se você tiver um e-mail de aluno, use o e-mail para sua conta e ganhe 25% de desconto em seu pedido.

3. Faça login em sua conta.

4. Clique em Solicitar peças personalizadas e selecione Impressão 3D.

5. Carregue todos os arquivos STL de sua pasta descompactada.

6. Altere as quantidades de cada parte com base na etapa IMPORTANTE # 3.

7. Você pode escolher entre PLA ou ABS para o seu material. Embora o PLA seja mais barato, o ABS é mais resistente e fornece suporte extra. Qualquer um dos materiais funcionará no seu picroscópio, mas se o seu orçamento permitir, escolha o ABS.

8. As latas de peças são enviadas por menos de $ 10 e dentro de 3-5 dias úteis quando você escolhe o frete padrão.

Etapa 3: configuração do Raspberry Pi Zero W

*** Lembre-se de ter todas as suas peças eletrônicas antes de continuar …

Existem várias maneiras de configurar o Raspberry Pi Zero W. Algumas exigem determinados materiais, enquanto outras não. Eu forneci alguns dos meus sites favoritos para configurar o minicomputador com base em certos materiais que você pode ou não ter. Escolha o que for melhor para você.

Melhor guia para iniciantes em Pi Zero W:

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

* Este guia fornece todos os fundamentos sobre Pi Zero W, incluindo uma introdução sobre o hardware e a configuração do sistema operacional (sistema operacional). NOTA: Se você não tiver acesso a um monitor de computador e a um cabo mini para HDMI, leia até "Instalando o sistema operacional"

Guia de configuração do Best Headless (sem acesso a um monitor de computador) para Pi Zero W:

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

* Este site oferece um ótimo guia sobre como configurar o sistema operacional sem a necessidade de um monitor. NOTA: Este site requer que você tenha um Mac OS. Se você tem Windows, use este site:

Melhor guia de configuração sem cabeça e off-line (sem conexão Wifi) para Pi Zero W:

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

* Este site (também feito por desertbot.io) dá a você um guia sobre como hackear sua maneira de configurar o sistema operacional sem a necessidade de um monitor ou mesmo uma conexão wi-fi. NOTA: Este site também requer que você tenha um Mac OS.

IMPORTANTE:

Anote o nome de host do seu Pi Zero W, nome de usuário e senha de login depois de configurá-lo, porque iremos usá-lo para fazer login remoto no Pi Zero W. Se você não alterar nenhuma dessas informações, lembre-se de que o nome de host e o login padrão a senha é raspberrypi e o nome de usuário de login padrão é pi.

Etapa 4: configuração da interface do software

1. Ligue o Pi Zero W usando o cabo micro-USB.

2. SSH (login remoto) no Raspberry Pi usando seu laptop:

Para Windows Putty:

1. Digite [HOSTNAME].local para o nome do host, clique no botão SSH para o tipo de conexão e clique em Abrir.
2. Digite seu nome de usuário e senha de login quando solicitado.

Para Mac Terminal:

1. Digite este comando no Terminal ssh [NOME DE USUÁRIO] @ [NOME DE HOST].local
2. Digite sua senha quando solicitado.

*** NOTA: A etapa a seguir levará cerca de 10 horas para ser concluída. Vai demorar muito. Então, quando você chegar à etapa 3.9., Esteja pronto para esperar … muito. Mas, pelo lado positivo, você terá algum tempo para fazer algumas coisas produtivas. Por exemplo, você pode ir em frente e acompanhar seus programas da Netflix, assistir a toda a saga Star Wars ou até mesmo trabalhar adiante neste Instructables. A escolha é sua. Seja o que for, espero que se divirta!

3. Digite os seguintes comandos para configurar o OpenCV (Computer Vision) no CLI (Command Line Interface) no SSH:

** Observação: se a qualquer momento a CLI perguntar "Deseja continuar?", Digite 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

*** As imagens mostram que criei um diretório pai que contém o diretório opencv clonado, mas o descartei das etapas para tornar as coisas um pouco mais fáceis …

git clone

cd opencv /

construção mkdir

construção de cd /

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

faço

sudo make install

CD

4. Baixe e descompacte a pasta picroscope.zip em seu laptop. Em seguida, transfira a pasta para Pi Zero W:

Para Windows WinSCP: * Figura 6

1. Digite [HOSTNAME].local para o nome do host, digite seu nome de usuário e senha de login quando solicitado, selecione SFTP para Protocolo de arquivo e clique em Login.
2. Encontre e arraste a pasta da unidade do seu laptop à esquerda do programa para a direita, que é onde está o diretório inicial do Pi Zero W.

Para Mac Terminal: * Figura 7

1. Clique no sinal de mais do seu Terminal para criar uma nova guia / sessão.
2. Digite o comando sftp [NOME DE USUÁRIO] @ [NOME DE HOST].local
3. Digite sua senha quando solicitado.
4. Descubra o caminho do local de sua pasta em seu laptop e digite o comando pwd na guia ssh de seu terminal para descobrir o caminho do diretório inicial de seu Pi Zero W. Copie esses caminhos quando solicitado na próxima etapa.
5. Digite o comando put -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW]

5. Digite os seguintes comandos para verificar se o OpenCV funciona e se você pode usá-lo em Python: * Figura 8

CD

python import cv2

Se você receber uma mensagem de erro, solucione o problema usando a Internet. Se tudo mais falhar, poste abaixo no fórum para que a comunidade Instructables e eu possamos tentar ajudar.

Se não houver erros, o OpenCV funciona! ISSO! Você pode inserir o seguinte comando para fechar a CLI do Python:

saída()

Você pode finalmente desligar seu Pi Zero W com este comando:

sudo shutdown now

Desconecte o cabo USB do Pi Zero W.

Etapa 5: adicionar a óptica de ampliação

*** Lembre-se de ter todas as peças óticas e impressas 3-D antes de continuar nesta etapa …

1. Reúna a câmera impressa 3D e o suporte da lente CCTV (câmera + suporte da lente), a lente CCTV e o anel de trava. *Imagem 1

2. Oriente a lente CCTV de forma que a lente menor fique voltada para cima. * Figura 2

3. Insira a lente CCTV orientada no orifício cilíndrico do suporte da lente.

4. Empurre cuidadosamente a lente CCTV através da abertura circular no suporte da lente. * Figura 3

5. Defina o anel de bloqueio na parte superior da lente CCTV. * Figura 4

6. Aparafuse o anel de travamento até a metade na lente CCTV. * Figura 5

7. Puxe cuidadosamente a lente CCTV para baixo até que o anel de travamento se encaixe na parte superior do suporte da lente. * Figura 6

Etapa 6: construir a estrutura

1. Reúna a base de iluminação LED, as 2 paredes estruturais e 4 dos 8 fechos grandes. *Imagem 1

2. Coloque a base de iluminação LED na parte superior da bancada. * Figura 2

3. Escolha uma das paredes estruturais e coloque a mais espessa das duas dobradiças em ângulo reto (destacadas na * Figura 1) na parte superior da base para que os orifícios se alinhem com quaisquer dois dos quatro orifícios da base.

4. Fixe a parede estrutural na base usando dois dos fixadores.

5. Repita as etapas 3-4 para a segunda parede. * Figura 3

6. Reúna a câmera + o suporte da lente com a lente CCTV e os outros 4 fechos grandes. * Figura 4

7. Alinhe a câmera + o suporte da lente na parte superior das dobradiças das paredes estruturais de forma que a lente CCTV fique voltada para a base.

8. Fixe o suporte nas paredes usando os fechos grandes. * Figura 5

Deixe a estrutura de lado enquanto configuramos o Raspberry Pi e a câmera.

Etapa 7: configuração da câmera

Ajuste óptico da câmera:

1. Use o removedor de lente impresso 3-D para desparafusar a lente da câmera. * Foto 1 e 2
2. Remova cuidadosamente o filtro de vidro do espelho quente da câmera. * Figura 3
3. Guarde a lente e o filtro de vidro em uma unidade de armazenamento segura e seca (ou seja, um saco plástico).

Conectando a câmera a Pi Zero W:

1. Reúna a câmera, Raspberry Pi Zero W e cabo CSI. * Figura 4
2. Abra a porta CSI da câmera, bem como a porta CSI do Raspberry Pi. * Figura 5
3. Conecte as duas extremidades do cabo CSI às portas CSI com base em seus tamanhos. * Figura 6
4. Feche as portas CSI.

Etapa 8: configure a interface da câmera em Pi Zero W

1. Ligue o Pi Zero W usando o cabo micro-USB.

2. SSH no Pi Zero W, como de costume (Etapa 3 para referência)

3. Siga os comandos para habilitar a interface da câmera no Pi Zero W:

1. Digite sudo raspi-config na CLI
2. Selecione "5 opções de interface"
3. Selecione "Câmera P1"
4. Selecione "Sim" quando perguntado se a câmera deve ser ativada
5. Selecione "Sim" quando solicitado a reiniciar o Pi Zero W

4. SSH no Pi Zero W, mais uma vez

5 Execute comandos para baixar a interface do python com a câmera e o servidor fácil de usar:

sudo pip install picamera

sudo pip install Flask

7. Siga estas etapas e comandos para testar se a câmera está funcionando:

picroscópio cd

python LiveStream.py

1. Abra um navegador da web e digite o seguinte na barra de URL: [HOSTNAME].local: 5000
2. Você deve ser capaz de ver uma transmissão ao vivo de sua câmera. A transmissão ao vivo ficará borrada porque a câmera não tem lente, mas não se preocupe com isso. Sua câmera está totalmente funcional para o Picroscópio! ISSO!

8. Desligue o Pi Zero W e desconecte os cabos Micro-USB e CSI.

Etapa 9: Configuração final do hardware (pronto … definir … solda!)

*** Se você tem MENOS de 16 anos, solde POR FAVOR com supervisão de um adulto!

Pinos do cabeçote de solda para Pi Zero W:

1. Reúna seu Pi Zero W, kit de solda e pinos de cabeçote macho GPIO.
2. Coloque a extremidade mais curta dos pinos do cabeçalho na frente do Pi Zero W. * Figura 1
3. Solde com cuidado os 40 pinos com seu kit de ferro de solda. Se você nunca soldou antes, sugiro que dê uma olhada neste guia incrível (inclui um ótimo vídeo para iniciantes): https://learn.sparkfun.com. * Figura 2
4. Guarde seu ferro de solda para a próxima etapa. No entanto, desconecte-o se você não tiver os materiais da próxima configuração.

Configuração de iluminação LED (ATUALIZAÇÃO: Descascamento e soldagem de fios agora necessários):

1. Reúna 2 fios de ligação fêmea para fêmea, Pi Zero W, um resistor de 100 ohms e um LED difuso. * Figura 3
2. Remova o conector do fio jumper com uma tesoura e descasque uma extremidade de cada fio jumper usando uma tesoura ou um descascador de fios. * Figura 4
3. Solde um fio de ligação no cabo curto do LED difuso.
4. Solde o resistor ao cabo longo do LED difuso e a outra extremidade do resistor ao segundo fio desencapado.
5. Conecte o fio de jumper que está soldado ao cabo curto do LED ao pino 6 no Pi Zero W. * Figura 7 para referência
6. Limpe depois de terminar a soldagem. O equipamento de solda não é mais necessário.
7. Alimente o Pi Zero W com o Micro-USB.
8. Conecte o outro fio de ligação ao pino 2 no Pi Zero W. O LED deve acender! ISSO!
9. Desconecte os fios de jumper conectados ao Pi Zero W e ao Micro-USB.
10. Guarde todos esses materiais para a configuração final.

Configuração final:

1. Agora, reúna sua estrutura impressa em 3-D, câmera, cabo CSI, prendedores de câmera, bandejas de lâminas pequenas e bandejas de lâminas grandes.
2. Coloque a câmera em cima da câmera + suporte da lente e prenda-a com os fechos da câmera. * Figura 8
3. Monte o Pi Zero W em uma das paredes estruturais usando a matriz de orifícios de 40 pinos nas paredes. * Figura 9
4. Conecte o cabo CSI à câmera e ao Pi Zero W. * Figura 10
5. Insira as bandejas de deslizamento pequenas ou grandes nas fendas das paredes estruturais.
6. Por fim, conecte os fios de jumper e o LED de volta ao Raspberry Pi Zero W. Coloque o LED no suporte do pino na base de iluminação. * Figura 11

PARABÉNS! Você construiu seu picroscópio! Tire uma foto e poste abaixo!

Etapa 10: fazendo seu mundo picroscópico

1. Ligue o Pi Zero W usando o cabo micro-USB.

2. SSH no Pi Zero W.

3. Reúna uma das lâminas do microscópio e coloque um objeto muito pequeno na lâmina, como um fio de cabelo.

4. Coloque um pedaço de fita adesiva no objeto para que fique preso no slide. Isso ajuda a focar o objeto.

4. Deslize a lâmina do microscópio pelas bandejas do picroscópio.

5. Siga estes comandos para testar se o picroscópio está funcionando:

1. Digite: picroscópio cd
2. Digite: python LiveStream.py
3. Ajuste o foco de sua imagem girando cuidadosamente a lente CCTV no sentido horário ou anti-horário. *Imagem 1

6. Agora você pode ver a imagem microscópica (4x) de seu fio de cabelo! Experimente outros objetos microscópicos ou até coisas vivas, como pequenos insetos.

* Lembre-se de ter cuidado ao manusear o Picroscópio e, mais importante, divirta-se!

Etapa 11: Euglena World

Materiais adicionais para um mundo vivo microscópico

★ Pipetas e Euglena Gracilis (10,75):

★ Vaselina (2,40):

★ Lâminas e lamelas de microscópio

★ Fita Transparente Dupla Face

★ Sharpie

Construindo um Mundo Euglena

1. Corte duas tiras extremamente pequenas de fita dupla-face do dispensador de fita.

2. Coloque a fita nas bordas opostas de uma lamela.

3. Cole a lamela no centro da lâmina de microscópio.

4. Pipete um pouco da água de Euglena Gracilis do frasco.

5. Insira uma gota de água da pipeta na borda da lamela sem fita. Certifique-se de que toda a área sob a lamela esteja coberta com água.

7. Use uma toalha de papel para limpar qualquer excesso de água na lâmina.

8. Adicione um pouco de vaselina nas bordas das lamelas. É melhor usar um cotonete para adicionar a geleia, pois a geleia ajuda a evaporar a água.

9. Use um Sharpie para escrever o nome da sua amostra e a data em algum lugar do slide. Isso é para referência e é uma boa prática de laboratório.

10. Seu mundo Euglena está pronto! Confira no seu picroscópio!

Leia sobre as incríveis habilidades fototáticas da Euglena:

Acima, adicionei alguns vídeos para dar uma ideia do que você será capaz de fazer com o Euglena World e os programas de processamento de imagem.

Etapa 12: Gritos e colaboração

Muito obrigado ao Laboratório Riedel-Kruse da Universidade de Stanford! Sem o apoio e orientação deles, eu nunca teria sido capaz de conceituar, projetar e construir este projeto incrível! Confira todas as pesquisas interessantes de biotecnologia interativa aqui:

Obrigado e grite:

--- Obrigado ao Professor Ingmar Riedel-Kruse por me permitir trabalhar em seu laboratório neste verão!

--- Obrigado a Honestidade por ser um mentor e amigo INCRÍVEL. Você sempre esteve lá para me guiar, ao mesmo tempo que me permitiu criar meus próprios projetos e respostas para os problemas.

--- Obrigado a Peter por ser outro mentor e amigo INCRÍVEL.

--- Obrigado a todos os membros do Laboratório Riedel-Kruse por me ajudar com questões técnicas e específicas.

--- S / O e muito obrigado à minha família por sempre me encorajar e apoiar!

Se você está interessado em colaborar comigo, poste abaixo no fórum! Além disso, clique no botão favorito e não se esqueça de votar em mim!

Siga-me no Twitter @RiksEddy para ver o que mais estou fazendo !!

Melhores votos para seus empreendimentos futuros, Rik

Primeiro prêmio no Raspberry Pi Contest 2017