Picroscope : Microscope interactif à faible coût : 12 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Bonjour et bienvenue!

Je m'appelle Picroscope. Je suis un microscope abordable, DIY, alimenté par RPi qui vous permet de créer et d'interagir avec votre propre micro-monde. Je suis un excellent projet pratique pour quelqu'un qui s'intéresse à la biotechnologie et aux mondes de la microbiologie, de l'optique ou de l'électronique de bricolage. Je peux être construit par à peu près n'importe qui, quel que soit l'âge ou le niveau de compétence. Que vous soyez un collégien à la recherche d'un projet scientifique sympa, un lycéen dans un cours de biologie, un maker dans votre garage, ou même un scientifique faisant des expériences en biophysique, mon objectif est de vous aider à mieux comprendre le monde microscopique qui vous entoure tu. Avec l'aide de quelques composants électroniques et d'une imprimante 3D, je peux être construit en une journée et un budget de 60 dollars !

Si vous êtes arrivé jusqu'ici, cela signifie que vous êtes intéressé à faire l'un de moi ! Oui! Commençons!

Étape 1: Matériaux et coûts ($)

La Microbiologie du Picroscope donne vie à votre Micro-Monde:

★ Lames de microscope et lamelles de couverture (6,78 USD)

Ruban adhésif simple face transparent

L'Optique du Picroscope magnifie votre Micro-Monde:

★ Lentille CCTV (3,25 USD)

★ Anneau de verrouillage de l'objectif CCTV (1,25 USD)

L'électronique du Picroscope vous emmène dans votre Micro-Monde:

★ Ordinateur portable ou ordinateur de bureau avec Mac OS ou Windows*

*Windows nécessite PuttySoftware et WinSCP Software, tandis que Mac utilise le programme Terminal pré-installé

★ Raspberry Pi Zero W (10,00 USD) - OFFRE D'UNE DURÉE LIMITÉE: le micro-centre dispose de 5 USD Pi Zero W !

ANDArducam - Caméra Raspberry Pi (16,99 USD)

OU

Pack caméra RaspPi Zero W avec caméra RaspPi 8MP (44,95 USD)

★ Embase mâle GPIO (0,95 USD)

★ Carte SD de 8 Go ou plus (6,98 USD)

★ Paquet de 120 fils de connexion (6,98 USD) - Trouvé dans les espaces de création - * Vous n'utiliserez pas les 120, mais cela ne fait jamais de mal d'avoir des fils de connexion de rechange et bon marché !

★ Ciseaux OU Pince à dénuder/Coupe-fil (6,98 USD)

★ Lot de 20 résistances de 100 Ohm (0,95 USD)

★ LED diffuse (0,50 USD) - Achetez quelques extras pour la sauvegarde, si possible

★ Micro USB (2,99 USD) - Trouvé dans la plupart des foyers

★ Kit de fer à souder (9,85 USD) - Trouvé dans les Makerspaces

Les parties imprimées en 3D du picroscope prennent en charge votre micro-monde:

★ Composants structurels imprimés en 3D (8-12 USD) - Fichier Zip à l'étape 2

***IMPORTANT: Achetez tous les matériaux avant de construire ! De plus, lisez attentivement chaque étape pour obtenir des informations plus spécifiques sur les matériaux.

Étape 2: Impression 3D

1. Téléchargez le fichier STL_FIles.zip sur votre ordinateur et décompressez les fichiers dans un dossier.

2. Imprimez les pièces à l'aide de votre propre imprimante 3D OU utilisez l'un des services d'impression 3D en ligne de confiance répertoriés ci-dessous.

3. IMPORTANT: Utilisez la liste suivante pour savoir combien de pièces vous devez imprimer:

1. Base = 1 partie
2. Base + Top_Stops = 8 pièces
3. Big_Slide_Tray = 2 pièces
4. Cam_Fasteners = 2 pièces
5. Cam+Lens_Holder = 1 partie
6. Lens_Remover = 1 partie
7. Small_Slide_Tray = 2 pièces
8. Structural_Walls = 2 parties

Services d'impression 3D en ligne suggérés

Service de confiance que j'utilise - Maker Tree 3-D:

1. Visitez https://www.makertree3d.com/ sur votre ordinateur.

2. Créez un compte sur Maker Tree 3D.

3. Connectez-vous à votre compte.

4. Cliquez sur Services d'impression 3D et sélectionnez Télécharger des fichiers pour l'impression 3D.

5. Téléchargez tous les fichiers STL de votre dossier décompressé.

6. Modifiez les quantités de chaque pièce en fonction de l'étape IMPORTANTE #3.

7. Vous pouvez choisir entre PLA ou ABS pour votre matériel. Bien que le PLA soit moins cher, l'ABS est plus robuste et offre un soutien supplémentaire. L'un ou l'autre matériau fonctionnera pour votre picroscope, mais si votre budget le permet, choisissez l'ABS.

8. Les pièces peuvent être expédiées pour moins de 10 $ et dans les 3 à 5 jours ouvrables lorsque vous choisissez l'expédition standard.

Service de confiance (y compris les services d'expédition internationaux) - Hubs 3-D:

1. Visitez https://www.3dhubs.com/ sur votre ordinateur.

2. Créez un compte sur 3D Hubs. Si vous avez un e-mail étudiant, utilisez l'e-mail de votre compte et obtenez 25% de réduction sur votre commande.

3. Connectez-vous à votre compte.

4. Cliquez sur Commander des pièces personnalisées et sélectionnez Impression 3D.

5. Téléchargez tous les fichiers STL de votre dossier décompressé.

6. Modifiez les quantités de chaque pièce en fonction de l'étape IMPORTANTE #3.

7. Vous pouvez choisir entre PLA ou ABS pour votre matériel. Bien que le PLA soit moins cher, l'ABS est plus robuste et offre un soutien supplémentaire. L'un ou l'autre matériau fonctionnera pour votre picroscope, mais si votre budget le permet, choisissez l'ABS.

8. Les pièces peuvent être expédiées pour moins de 10 $ et dans les 3 à 5 jours ouvrables lorsque vous choisissez l'expédition standard.

Étape 3: Configuration du Raspberry Pi Zero W

*** N'oubliez pas d'avoir toutes vos pièces électroniques avant de continuer…

Il existe plusieurs façons de configurer le Raspberry Pi Zero W. Certaines nécessitent certains matériaux, d'autres non. J'ai fourni certains de mes sites Web préférés pour la configuration du mini-ordinateur en fonction de certains matériaux que vous possédez ou non. Choisissez celui qui vous convient le mieux.

Meilleur guide pour débutants sur Pi Zero W:

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

*Ce guide fournit toutes les bases de Pi Zero W, y compris une introduction sur le matériel et la configuration du système d'exploitation (système d'exploitation). REMARQUE: Si vous n'avez pas accès à un écran d'ordinateur et à un câble mini-HDMI, lisez jusqu'à « Installation du système d'exploitation »

Meilleur guide de configuration sans tête (pas d'accès à un écran d'ordinateur) pour Pi Zero W:

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

* Ce site Web vous donne un excellent guide sur la façon de configurer le système d'exploitation sans avoir besoin d'un moniteur. REMARQUE: ce site Web nécessite que vous ayez un Mac OS. Si vous avez Windows, utilisez ce site Web:

Meilleur guide de configuration sans tête et hors ligne (pas de connexion Wifi) pour Pi Zero W:

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

* Ce site Web (également créé par desertbot.io) vous donne un guide sur la façon de vous frayer un chemin dans la configuration du système d'exploitation sans avoir besoin d'un moniteur ou même d'une connexion wifi. REMARQUE: ce site Web requiert également que vous disposiez d'un système d'exploitation Mac.

IMPORTANT:

Notez le nom d'hôte, le nom d'utilisateur et le mot de passe de votre Pi Zero W après l'avoir configuré, car nous l'utiliserons pour nous connecter à distance au Pi Zero W. Si vous ne modifiez aucune de ces informations, souvenez-vous que le nom d'hôte et la connexion par défaut le mot de passe est raspberrypi et le nom d'utilisateur par défaut est pi.

Étape 4: Configurer l'interface du logiciel

1. Alimentez le Pi Zero W à l'aide du câble micro-USB.

2. SSH (connexion à distance) dans le Raspberry Pi à l'aide de votre ordinateur portable:

Pour Windows Putty:

1. Entrez [HOSTNAME].local pour le nom d'hôte, cliquez sur le bouton SSH pour le type de connexion et appuyez sur Ouvrir.
2. Entrez votre nom d'utilisateur et votre mot de passe lorsque vous y êtes invité.

Pour le terminal Mac:

1. Entrez cette commande dans le Terminal ssh [USERNAME]@[HOSTNAME].local
2. Entrez votre mot de passe lorsque vous y êtes invité.

***REMARQUE: L'étape suivante prendra environ 10 heures. Ce sera long. Donc, lorsque vous arrivez à l'étape 3.9., alors soyez prêt à attendre… beaucoup. Mais, du côté positif, vous aurez du temps pour faire des choses productives. Par exemple, vous pouvez continuer et rattraper votre retard sur vos émissions Netflix, regarder l'intégralité de la saga Star Wars ou même travailler en avant dans ce Instructables. Le choix t'appartient. Quoi qu'il en soit, j'espère que vous vous amusez!

3. Saisissez les commandes suivantes pour configurer OpenCV (Computer Vision) dans la CLI (Command Line Interface) sur SSH:

**Remarque: Si à tout moment la CLI vous demande « Voulez-vous continuer ? », entrez 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

*** Les images montrent que j'ai créé un répertoire parent qui contient le répertoire opencv cloné, mais je l'ai supprimé des étapes pour rendre les choses un peu plus faciles…

git clone

cd opencv/

construction mkdir

construction de cd/

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

Fabriquer

sudo faire installer

CD

4. Téléchargez et décompressez le dossier picroscope.zip sur votre ordinateur portable. Ensuite, transférez le dossier vers Pi Zero W:

Pour Windows WinSCP: *Image 6

1. Saisissez [HOSTNAME].local pour le nom d'hôte, saisissez votre nom d'utilisateur et votre mot de passe lorsque vous y êtes invité, sélectionnez SFTP pour File Protocol, puis cliquez sur Login.
2. Recherchez et faites glisser le dossier du lecteur de votre ordinateur portable sur la gauche du programme vers la droite, où se trouve votre répertoire personnel pour le Pi Zero W.

Pour le terminal Mac: *Image 7

1. Cliquez sur le signe plus de votre Terminal pour créer un nouvel onglet/session.
2. Entrez la commande sftp [USERNAME]@[HOSTNAME].local
3. Entrez votre mot de passe lorsque vous y êtes invité.
4. Déterminez le chemin de l'emplacement de votre dossier sur votre ordinateur portable et entrez la commande pwd dans l'onglet ssh de votre terminal pour déterminer le chemin du répertoire de base de votre Pi Zero W. Copiez ces chemins lorsque vous y êtes invité à l'étape suivante.
5. Entrez la commande put -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW]

5. Entrez les commandes suivantes pour vérifier si OpenCV fonctionne et si vous pouvez l'utiliser en Python: *Image 8

CD

python importer cv2

Si vous obtenez une erreur, veuillez résoudre le problème en utilisant Internet. Si tout le reste échoue, veuillez publier ci-dessous sur le forum afin que la communauté Instructables et moi puissions essayer de vous aider.

Si vous n'avez pas d'erreurs, alors OpenCV fonctionne ! OUI! Vous pouvez entrer la commande suivante pour fermer la CLI Python:

sortir()

Vous pouvez enfin éteindre votre Pi Zero W avec cette commande:

arrêt sudo maintenant

Déconnectez le câble USB du Pi Zero W.

Étape 5: ajouter l'optique de grossissement

*** N'oubliez pas d'avoir toutes vos pièces imprimées en 3D et optiques avant de passer à cette étape…

1. Rassemblez l'appareil photo imprimé en 3D et le support d'objectif de vidéosurveillance (came + support d'objectif), l'objectif de vidéosurveillance et la bague de verrouillage. *Image 1

2. Orientez la lentille CCTV de sorte que la plus petite lentille soit orientée vers le haut. *Photo 2

3. Insérez la lentille CCTV orientée dans le trou cylindrique du support de lentille.

4. Poussez délicatement la lentille CCTV à travers l'ouverture circulaire du support de lentille. *Photo 3

5. Placez la bague de verrouillage au-dessus de la lentille de vidéosurveillance. *Photo 4

6. Vissez la bague de verrouillage à moitié dans la lentille CCTV. *Photo 5

7. Tirez délicatement la lentille CCTV vers le bas jusqu'à ce que la bague de verrouillage se fixe au sommet du support de lentille. *Photo 6

Étape 6: Construire la structure

1. Rassemblez la base d'éclairage LED, les 2 murs structurels et 4 des 8 grandes attaches. *Image 1

2. Placez la base d'éclairage LED à plat sur l'établi. *Photo 2

3. Choisissez l'un des murs structurels et placez la plus épaisse des deux charnières à angle droit (surlignées sur *Image 1) sur le dessus de la base de sorte que les trous s'alignent avec deux des quatre trous de la base.

4. Fixez le mur structurel dans la base à l'aide de deux des attaches.

5. Répétez les étapes 3 à 4 pour le deuxième mur. *Photo 3

6. Rassemblez le support caméra + objectif avec l'objectif CCTV et les 4 autres grandes attaches. *Photo 4

7. Alignez le support de caméra + objectif sur les charnières supérieures des murs structurels de sorte que l'objectif de vidéosurveillance soit face à la base.

8. Fixez le support sur les murs à l'aide des grandes attaches. *Photo 5

Mettez la structure de côté pendant que nous configurons le Raspberry Pi et la caméra.

Étape 7: configuration de la caméra

Réglage optique de la caméra:

1. Utilisez le dissolvant d'objectif imprimé en 3D pour dévisser l'objectif de l'appareil photo. *Photo 1 et 2
2. Retirez délicatement le filtre en verre miroir chaud de l'appareil photo. *Photo 3
3. Rangez la lentille et le filtre en verre dans une unité de stockage sûre et sèche (c'est-à-dire un sac en plastique).

Connexion de la caméra au Pi Zero W:

1. Rassemblez la caméra, le Raspberry Pi Zero W et le câble CSI. *Photo 4
2. Ouvrez le port CSI de la caméra, ainsi que le port CSI du Raspberry Pi. *Photo 5
3. Connectez les deux extrémités du câble CSI aux ports CSI en fonction de leur taille. *Photo 6
4. Fermez les ports CSI.

Étape 8: Configurer l'interface de la caméra sur le Pi Zero W

1. Alimentez le Pi Zero W à l'aide du câble micro-USB.

2. SSH dans le Pi Zero W, comme d'habitude (étape 3 pour référence)

3. Suivez les commandes pour activer l'interface de la caméra sur le Pi Zero W:

1. Entrez sudo raspi-config dans la CLI
2. Sélectionnez "5 options d'interfaçage"
3. Sélectionnez "Caméra P1"
4. Sélectionnez "Oui" lorsqu'on lui a demandé si la caméra doit être activée
5. Sélectionnez "Oui" lorsqu'on lui a demandé de redémarrer le Pi Zero W

4. SSH dans le Pi Zero W, encore une fois

5. Exécutez des commandes pour télécharger l'interface de python avec la caméra et le serveur facile à utiliser:

sudo pip installer picamera

sudo pip installer le flacon

7. Suivez ces étapes et commandes pour tester si la caméra fonctionne:

picroscope

python LiveStream.py

1. Ouvrez un navigateur Web et saisissez ce qui suit dans la barre d'URL: [HOSTNAME].local:5000
2. Vous devriez pouvoir voir un flux en direct de votre caméra. Le flux en direct sera flou car la caméra n'a pas d'objectif, mais ne vous inquiétez pas pour cela. Votre appareil photo est entièrement fonctionnel pour le Picroscope ! OUI!

8. Arrêtez le Pi Zero W et déconnectez les câbles Micro-USB et CSI.

Étape 9: Configuration matérielle finale (Prêt… Set… Souder !)

*** Si vous avez moins de 16 ans, veuillez souder sous la surveillance d'un adulte !

Souder les broches d'en-tête au Pi Zero W:

1. Rassemblez votre Pi Zero W, votre kit de soudure et vos broches d'en-tête mâle GPIO.
2. Placez l'extrémité la plus courte des broches d'en-tête à travers l'avant du Pi Zero W. *Image 1
3. Soudez soigneusement les 40 broches avec votre kit de fer à souder. Si vous n'avez jamais soudé auparavant, je vous suggère de jeter un œil à ce guide génial (comprend une excellente vidéo pour les débutants): https://learn.sparkfun.com. *Photo 2
4. Gardez votre fer à souder pour la prochaine étape. Cependant, déconnectez-le si vous n'avez pas le matériel de la prochaine configuration.

Configuration de l'éclairage LED (MISE À JOUR: le dénudage et le soudage des fils sont désormais requis):

1. Rassemblez 2 fils de raccordement femelle à femelle, Pi Zero W, une résistance de 100 ohms, une LED diffuse. *Photo 3
2. Retirez le connecteur du fil de connexion avec des ciseaux et dénudez une extrémité de chaque fil de connexion à l'aide de ciseaux ou d'une pince à dénuder. *Photo 4
3. Soudez un fil de connexion au fil court de la LED diffuse.
4. Soudez la résistance au long fil de la LED diffuse et l'autre extrémité de la résistance au deuxième fil dénudé.
5. Connectez le fil de connexion qui est soudé au fil court de la LED à la broche 6 du Pi Zero W. * Image 7 pour référence
6. Nettoyage après avoir terminé la soudure. L'équipement de soudage n'est plus nécessaire.
7. Alimentez le Pi Zero W avec le micro-USB.
8. Connectez l'autre cavalier à la broche 2 du Pi Zero W. La LED doit s'allumer ! OUI!
9. Déconnectez les fils de connexion connectés au Pi Zero W et au Micro-USB.
10. Conservez tous ces matériaux pour la configuration finale.

Configuration finale:

1. Maintenant, rassemblez votre structure imprimée en 3D, votre appareil photo, votre câble CSI, vos attaches pour appareil photo, vos petits plateaux de diapositives et vos grands plateaux de diapositives.
2. Placez l'appareil photo sur le support appareil photo + objectif et fixez-le avec les attaches de l'appareil photo. *Photo 8
3. Montez le Pi Zero W sur l'un des murs structurels à l'aide du réseau de trous à 40 broches sur les murs. *Photo 9
4. Connectez le câble CSI à la caméra et au Pi Zero W. *Image 10
5. Insérez le petit ou le grand plateau coulissant dans les fentes des murs porteurs.
6. Enfin, reconnectez les fils de raccordement et la LED au Raspberry Pi Zero W. Placez la LED dans le support de broche sur la base d'éclairage. *Photo 11

TOUTES NOS FÉLICITATIONS! Vous avez construit votre Picroscope ! Prenez-le en photo et postez-le ci-dessous !

Étape 10: Créer votre monde picroscopique

1. Alimentez le Pi Zero W à l'aide du câble micro-USB.

2. SSH dans le Pi Zero W.

3. Rassemblez l'une des lames de microscope et placez un très petit objet sur la lame, comme une mèche de cheveux.

4. Placez un morceau de ruban adhésif sur l'objet afin qu'il soit fixé sur la glissière. Cela aide à focaliser l'objet.

4. Faites glisser la lame de microscope à travers les plateaux de votre picroscope.

5. Suivez ces commandes pour tester si le Picroscope fonctionne:

1. Entrez: cd picroscope
2. Entrez: python LiveStream.py
3. Ajustez la mise au point de votre image en tournant soigneusement la lentille CCTV dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse. *Image 1

6. Vous pouvez maintenant voir l'image microscopique (4x) de votre mèche de cheveux ! Essayez d'autres objets microscopiques ou même des êtres vivants, comme de petits insectes.

*N'oubliez pas d'être prudent lorsque vous manipulez le Picroscope et, surtout, amusez-vous !

Étape 11: Euglena World

Matériaux supplémentaires pour un monde vivant microscopique

★ Pipettes et Euglena Gracilis (10.75):

★ Gelée de Pétrole (2.40):

Lames et lamelles de microscope

★ Ruban transparent double face

Sharpie

Construire un monde Euglena

1. Coupez deux très petites bandes de ruban adhésif double face dans le distributeur de ruban.

2. Placez le ruban sur les bords opposés d'une lamelle.

3. Collez la lamelle au centre de la lame de microscope.

4. Pipeter un peu d'eau d'Euglena Gracilis du bocal.

5. Insérez une goutte d'eau de pipette dans le bord de la lamelle sans ruban adhésif. Assurez-vous que toute la zone sous la lamelle est recouverte d'eau.

7. Utilisez une serviette en papier pour nettoyer toute eau supplémentaire sur la lame.

8. Ajoutez un peu de vaseline sur les bords des lamelles. Il est préférable d'utiliser un coton-tige pour ajouter la gelée car la gelée aide l'eau à s'évaporer.

9. Utilisez un sharpie pour écrire le nom de votre échantillon et la date quelque part sur la diapositive. Ceci est pour référence et est une bonne pratique de laboratoire.

10. Votre monde Euglena est prêt ! Vérifiez-le sous votre Picroscope!

Renseignez-vous sur les incroyables capacités phototactiques de l'Euglena:

Ci-dessus, j'ai ajouté quelques vidéos pour donner un aperçu de ce que vous pourrez faire avec Euglena World et les programmes de traitement d'images.

Étape 12: Crier et collaboration

Merci beaucoup au Riedel-Kruse Lab de l'Université de Stanford ! Sans leur soutien et leur mentorat, je n'aurais jamais pu conceptualiser, concevoir et construire ce projet génial ! Découvrez toutes leurs recherches en biotechnologie interactives ici:

Merci et bravo:

--- Merci au professeur Ingmar Riedel-Kruse de m'avoir permis de travailler dans votre laboratoire cet été !

--- Merci à Honesty d'être un mentor et un ami INCROYABLE. Vous avez toujours été là pour me guider tout en me permettant de proposer mes propres conceptions et réponses aux problèmes.

--- Merci à Peter d'être un autre mentor et ami IMPRESSIONNANT.

--- Merci à tous les membres du laboratoire Riedel-Kruse de m'avoir aidé avec des problèmes spécifiques et techniques.

--- S/O et un grand merci à ma famille pour m'avoir toujours encouragé et soutenu !

Si vous êtes intéressé à collaborer avec moi, veuillez poster ci-dessous sur le forum! Aussi, s'il vous plaît cliquez sur le bouton favori et n'oubliez pas de voter pour moi !

Suivez-moi sur Twitter @RiksEddy pour voir ce que je fais d'autre !!

Meilleurs voeux pour vos projets futurs, Rik

Premier prix du concours Raspberry Pi 2017