樂高真可謂是成年人的快樂源泉，不僅可以發揮想象力用樂高搭建自己喜歡的房子和建筑，它還可以助力精密儀器的制作，是無數geek的心頭好！

之前文摘菌報道過有人用樂高搭建零件分揀機，再也不用發愁樂高零件歸類了。這次文摘菌又發現了一位樂高愛好者，作為蘇黎世IBM的研究人員，Yuksel Temiz為了從各種角度拍攝微流控芯片，用樂高、Arduino(一種開源電子原型平臺) 和樹莓派(信用卡大小的微型電腦)，一起DIY了一個高精度電動顯微鏡！

這才是工作愛好兩不誤啊，佩服佩服。網友：看了也不會，做了也得廢。

Yuksel選擇DIY顯微鏡可不是心血來潮。

一方面，蘇黎世的IBM有一個發明顯微鏡的傳統。1981年，Gerd Binnig和Heinrich Rohrer就在這里發明了掃描隧道顯微鏡。

作為一個DIY愛好者，自然也不甘示弱，于是Yuksel也遵循了所在研究所的傳統，希望制造了一個價值300美元的模塊化電動顯微鏡。

再者，Yuksel在研究中確實需要特制一臺顯微鏡，給微流控芯片拍照實在太太太難了！

一人制作，拯救全組：這臺顯微鏡比買的都好用！

因為芯片普遍較大，標準顯微鏡無法拍到整體，但是，Yuksel的研究組又很需要標準顯微鏡分辨出普通相機無法解析的精細特征。

Yuksel也去研究了其他研究小組的論文，很明顯大家都面臨這個挑戰：需要一種更精細、能夠多角度拍攝芯片的儀器。

帶著這樣的目的，Yuksel抽出部分空閑時間，打算重新設計一種幾乎可以從任何角度拍攝微距照片的多功能小型實驗室儀器。

插圖：James Provost

成像顯微鏡的設計使用了大量的技術和材料，包括主要結構部件的樂高和3D打印的齒輪和機架來驅動其運動部件。可實現精準運動的步進電機由電機驅動板驅動，并由Arduino控制板控制。樹莓派Zero和Pi攝像頭模塊用于拍攝圖像。

最初的設計包含了定制的控制板和在高分辨率打印機上打印的零件，但在公開發布之前，該顯微鏡重新被設計成可以用現成的板子和零件組裝，這些板子和零件可以在價格較低的低分辨率打印機上打印。

Yuksel的第一個原型是一個安裝在平臺上的樹莓派相機模塊，它可以利用舊光盤驅動器中的線性步進電機實現在三維空間中移動。樹莓派相機是一個理想的選擇，因為它可以手動調節ISO設置和曝光時間等關鍵參數。

制作過程大揭秘，反復調試后找到了最佳拍攝角度！

IEEE Spectrum在報道中寫下了Yuksel在制作過程中反復調試的過程。

Yuksel先是小心翼翼地拆下了固定透鏡的塑料外殼，露出了CMOS圖像傳感器，并設計了一個精巧的機構來回移動鏡頭，這樣就可以拍攝高倍率的微距照片。這個裝置在一段時間內工作得很好，但它很脆弱。Yuksel幾次都不小心把鏡頭機構弄壞，并且由于不小心使移動部件超出極限，導致圖像傳感器損壞。

于是他決定采取另一種方法：將透鏡完全從Pi相機上取下來；然后，從一個低成本的USB顯微鏡中取出物鏡，并將其安裝在另一個光盤線性驅動器上，這樣物鏡就可以沿著Pi相機的光軸來回移動；再用樂高做一個外殼，來保護相機的外露傳感器。

然而，這種嘗試的結果是，除了對顯微鏡中使用的線性模組的高價位更加望而卻步之外，沒有任何結果。光盤驅動器的行程距離太短，仍然無法達到較寬的放大范圍。

隨后，Yuksel改用了3D打印機中使用的導螺桿機構。他沒有使用常用的8毫米直徑的螺紋、軸和軸承，而是使用了3毫米直徑的部件來保證裝置的小巧。另外，移動物鏡會造成消除雜散光的問題，所以他決定用移動相機傳感器來代替。

他搭建了一個平臺，讓被攝物體沿x軸和y軸移動并旋轉。最終，用了六個帶變速箱的微型步進電機實現了平臺移動，傾斜顯微鏡，調整它與物體的距離，并對焦圖像。

插圖：James Provost

角度十分完美！

因為芯片通常由高反射率或透明材料制成，給芯片均勻的打光也很關鍵。

樂高顯微鏡可以將樣品置于LED背光模組提供的均勻照明下。樣品可以前后左右移動，還可以旋轉以找到所需的角度。顯微鏡主體可上下傾斜，并可調整其與樣品的距離和焦距，以提供不同程度的放大倍數[底部]。通過移動樂高外殼內的無透鏡相機模塊，改變其與外殼底部的物鏡距離來調整焦距。

Yuksel表示他經常設計自己的Arduino控制板用于實現小巧的裝置。這一次，他設計了一塊尺寸為18×18毫米的控制板，采用了ATtiny84微控制器和DRV8834步進電機驅動器。這一配置下的圖像質量出奇的好，不僅可以拍出芯片的美圖，還可以檢查微米級別的特征，甚至可以作為數字測角儀來測量接觸角。

一開始這個項目是為了一個特定的需求，但Yuksel很清楚地意識到，這可能是一個多功能的拍照系統，任何人都可以在家里或學校組裝和使用。

開源裝配說明，希望熱愛DIY的人都能享受到制作的樂趣

Yuksel在IBM的領導都支持他將該裝配說明公開，這簡直是在做慈善啊。僅用樂高、3D打印機、樹莓派就可以制作一個用于科研的顯微鏡，能夠節省多少科研經費啊。

然而當他開始準備說明書的時候，被幾個問題困擾住了。

他使用了一臺最先進的3D打印機和一個設備齊全的機械車間建造了該裝置。并且，使用的小型步進電機價格昂貴，而且在一般的業余電子商店里也買不到。通過專用的ISP編程器對ATtiny84進行編程，肯定比不上帶USB接口的商用Arduino控制板編程容易。

因此，Yuksel回歸畫板，使用容易獲得的元件重新設計了一切，例如使用Adafruit工業公司的Arduino控制板和步進電機驅動器，以及28BYJ-48步進電機，這些元件在任何地方用幾美元就能找到。他還把LED矩陣光源換成了更易自制、成本更低的版本。

之后他又從Adafruit公司花3美元買了一個LED背光源模塊，并附上一個大功率LED。強度比原來的LED矩陣略低，但對于反射光和透射光顯微鏡來說，均勻度還是相當不錯的。對于新的線性執行器，Yuksel將樂高的“滑動”件與他使用FreeCAD的齒輪工具箱設計的齒條和齒輪聯動組合進行結合，并使用他個人的Creality Ender 3打印機打印。新設計的裝置效果和之前的一樣好，甚至更好。

小哥將說明書寫在了Github上，感興趣的同學可以前去圍觀~

這個裝置實際上可能還有很多地方可以完善，Yuksel希望這個原型能夠拋磚引玉，幫助其它的制造者嘗試新的更好的想法。

那么，它可以替代實驗室的顯微鏡嗎？也許不能，但是這一顯微鏡給那些經費有限的學校提供了很好的解決方案，這也是為什么裝配說明是開源的，因為希望讓每個人都能夠容易獲取并樂在其中。

Github鏈接

總結

以上是生活随笔為你收集整理的IBM小哥用乐高拼了个电动显微镜，搭载树莓派，可360度无死角拍摄的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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