INSTITUTO
DE OPTICA
 

MicroHikari3D: Transformando una impresora 3D en un microscopio robotizado con capacidades de aprendizaje profundo

13 Dic, 2021 | Ciencias de la imagen

¿Sabías que algunos científicos fabrican los dispositivos necesarios para realizar su trabajo?

Los microscopios son de gran importancia en el avance de las biociencias y también en los controles de calidad de la industria, ya que nos permiten observar el micromundo a escalas muy pequeñas mucho más allá de lo que es visible a simple vista, desde cientos o decenas de µm — para células humanas, bacterias y microalgas unicelulares — a nanoescala — para virus y proteínas.
Sin embargo un microscopio óptico profesional de última generación se ha convertido en un sistema cuyos costos de adquisición y mantenimiento están fuera del alcance de muchos equipos de investigación con presupuestos ajustados.

Por otro lado, en los últimos años ha habido un auge importante del desarrollo y venta de impresoras 3D a un precio muy asequible. Por ello, en este trabajo se busca ofrecer un kit modular que permita convertir una impresora 3D en un microscopio motorizado completamente funcional y automatizado.

MicroHikari3D constituye una plataforma de microscopía óptica DIY (do it yourself) asequible con capacidad de aprendizaje y con características como el posicionamiento automatizado de muestras, enfoque automático y varias modalidades de iluminación para proporcionar una herramienta de microscopía flexible y de alta calidad para laboratorios con un presupuesto reducido.

El diseño del microscopio óptico propuesto tiene como objetivo ser muy adaptable a cualquier necesidad de obtención de imágenes 2D y observación de muestras en vivo en 3D, con un costo total de aproximadamente 500 €.

Una energía más baja conduce a una fase de TiO2 con una menor contribución de TiN, mientras que una fluencia más alta produce una mayor cantidad de TiN .
Pablo Tomás Toledano de la UCLM obtuvo el premio Máquina de Turing 2021 al mejor trabajo fin de estudios, además del 1er premio Aula Ubotica Technologies y el 2º premio Cátedra Indra-UCLM por su trabajo sobre MicroHikari3D a raiz de la colaboración UCLM-CSIC.

El microscopio MicroHikari3D

El sistema de control de movimiento MicroHikari3D se basa en el kit de impresora 3D Tronxy X1 controlado desde un servidor que se ejecuta en una Raspberry Pi 4. El servidor brinda servicios a una aplicación móvil cliente para la adquisición, procesamiento y clasificación de las capturas de video o imágenes, gracias a un proceso de clasificación automático de alto nivel aplicando modelos de aprendizaje profundo.

Los kits de microcontroladores de placa única como Arduino y Raspberry Pi, teléfonos inteligentes, sensores de imagen digital baratos, impresoras 3D, y la disponibilidad de software de código abierto facilitan la accesibilidad para construir plataformas de microscopía flexibles y de bajo costo especializadas para las necesidades de los equipos de investigación. Para ello es fundamental resaltar la importancia de proyectos como RepRap que han permitido que multitud de empresas puedan lanzar su versión de impresora 3D derivada de sus diseños base.

Cultura maker

La aparición del movimiento Maker corresponde al impulso de la filosofía DIY para el desarrollo tecnológico basado en la disponibilidad y accesibilidad de hardware y software abiertos. Desde sus inicios, este movimiento ha tenido un impacto significativo en la educación científica y en ingeniería. Además, ha podido brindar equipos de bajo costo a diversas instituciones con recursos limitados. Este movimiento incluye áreas relacionadas con la ingeniería como la electrónica, la robótica, la impresión 3D, etc. De alguna manera, estas herramientas han devuelto la microscopía óptica a sus orígenes cuando los propios científicos desarrollaron sus propios instrumentos de observación.

El trabajo es una colaboración entre el grupo VISILAB de la Universidad de Castilla-La Mancha y el Instituto de Óptica del CSIC

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