Dois minutos depois de conversar com o Dr. Richard Bowman, em seu laboratório na Universidade de Bath, ele está me guiando pela física dos raios de trator em Star Trek. Ele está usando isso como um símile para explicar o assunto complicado de pinças ópticas para uma pessoa estúpida.

Ele o faz de maneira encantadora, como alguém familiarizado com a explicação de seu campo complexo para jornalistas, mas é claro por que ele é um bolsista e pesquisador da Royal Commission 1851 - sua explicação termina com nosso raio trator imaginário fundindo um objeto que está tentando mover antes Bowman encolhe todo este exemplo de ficção científica para demonstrar como ele usou raios laser em seu trabalho anterior para mover objetos minúsculos.

Em face disso, a história do Dr. Bowman é que ele está em um projeto de três anos para construir um microscópio impresso em 3D para fins gerais, mas suas ambições são maiores e, em última análise, ele quer criar 'blocos de construção' imprimíveis em 3D. outros podem usar para tornar acessível, novo aparelho experimental. “Abrir o hardware significa que mais pessoas têm acesso a ele,” diz o Dr. Bowman.

O Dr. Bowman está atualmente trabalhando em maneiras de imprimir "blocos de construção" muito necessários para outros que desejam fazer novos aparatos experimentais.

“Pessoalmente, estou empenhado em fazer com que o hardware seja de uma qualidade que eu não teria vergonha de usar em um laboratório de pesquisa universitário bem financiado. Há também um grande empurrão para ter coisas que você pode fazer em casa, e assim tornar a pesquisa científica mais acessível significa que escolas, clubes de ciência e espaços de trabalho podem começar a fazer coisas científicas realmente interessantes. […] Quanto mais o público se envolve em ciência, melhor, no que me diz respeito.”

Além de ser co-fundador da WaterScope, um projeto que desenvolve kits de testes de água mais rápidos e fáceis de usar que usam um microscópio que ele projetou, ele é um defensor apaixonado de hardware aberto e trabalha com organizações como GOSH (the Gathering for Open Science Hardware).

A jornada começa

A jornada do Dr. Richard Bowman em direção ao hardware aberto começou enquanto trabalhava em pinças ópticas para seu PhD na Universidade de Glasgow. Lá ele experimentou em primeira mão o custo de instrumentos científicos personalizados. Um microscópio de grau de pesquisa “com todos os sinos e assobios e um palco motorizado”, diz Bowman, vai custar £ 30.000 a £ 40.000. “Então você anula a garantia arrancando a maior parte da ótica complicada de dentro do microscópio e substituindo-a por suas próprias coisas..”

A situação era frustrante e não tão eficiente quanto poderia ser, mas então - no Queens College, na Universidade de Cambridge, onde ele estava trabalhando em um grupo de nanofotônica e lidando com microscopia automatizada - ele começou a conhecer pessoas interessadas em hardware de código aberto: “Eu conheci alguém que estava construindo um microscópio impresso em 3D e parecia muito com isso,” diz Bowman apontando para uma impressora 3D RepRap nas proximidades.

Esse foi Alexandre Kabla e um projeto chamado OpenLabTools. “O objetivo é ser auto-replicante e imprimir tantas partes quanto possível, mas na prática você descobriu que a maior parte não é impressa,” diz Bowman, e essa foi a faísca que o fez pensar: “Eu estava curioso quanto de um microscópio você poderia imprimir.”

Bowman nos mostra um dos primeiros microscópios que ele imprimiu: “este,” ele diz, “vai transformar uma câmera Raspberry Pi em um microscópio.” É um tubo de extensão preto minúsculo (retratado na imagem no topo da página), que os fotógrafos usam há muito tempo: “Na sua webcam você tem um pequeno sensor de silício brilhante e os pixels são muito pequenos […]. Eu acho que é 1,1 micron [através] para a versão 2 Raspberry Pi Camera Module. Então essa lente que forma uma imagem no sensor é, na verdade, uma objetiva do microscópio, porque ela está focalizando a luz em um ponto não muito maior que um mícron e, pelo menos para a óptica linear, [...] você pode reverter o caminho da luz e faz a mesma coisa.”

Dr. Bowman explica que se ele desparafusasse a lente e apontasse para o objeto que ele queria olhar - colocando a lente a uma certa distância do sensor - ela funcionaria como um microscópio..

O estágio motorizado do microscópio maior, que usa um pequeno script Python, permite ao usuário mover o campo de visão ao redor do slide

Assuntos mecânicos

Surpreendentemente, o aspecto difícil da microscopia não é a ótica, mas os mecânicos. Trabalhar com objetos com um milionésimo de metro requer um microscópio de alta potência para ver qualquer coisa e, nesse ponto, a profundidade do foco do seu microscópio é menor que um mícron. Usando um modelo motorizado maior de seu microscópio OpenFlexure impresso em 3D (foto acima), Bowman demonstra o problema. “Se a sua amostra balança mesmo por um micron […], um centésimo da largura de um cabelo humano, toda a sua experiência está arruinada.”

A parte cara para o trabalho científico sério, então, está construindo um estágio mecânico para o controle preciso daquilo que você quer ver.. “Um módulo de câmera Raspberry Pi custa £ 25, mas o estágio mecânico pode custar-lhe £ 1,000 ou mais do que isso.” Então Bowman iniciou um processo de pesquisa e prototipagem de etapas mecânicas. Você pode ver algumas das iterações retratadas na imagem no topo desta página: o passo-a-passo, que Bowman descreve como “meio da noite” epifania, estava tendo a amostra em uma mesa (o último microscópio vermelho na imagem superior) que tem pernas projetadas para dobrar de uma maneira que permite o controle de foco crucial e o movimento nos eixos X e Y.

Em última análise, o design do microscópio de Bowman é uma estrutura complicada e impossível de usinar: “Você pode imprimi-lo camada por camada, mas não pode usinar,” diz Bowman, sorrindo. “Você não poderia injetar.”

O microscópio maior de Bowman com um palco motorizado, que ele nos demonstra, usa scripts em Python para permitir que o usuário mova o campo de visão ao redor do slide. O objetivo é adicionar mais recursos, como foco automático e a capacidade de juntar todas as imagens para uma representação digital..