3D spausdinimas, skirtas CT nuskaitymo analizei, kosmoso mokymui - 💡 Fix My Ideas

3D spausdinimas, skirtas CT nuskaitymo analizei, kosmoso mokymui

3D spausdinimas, skirtas CT nuskaitymo analizei, kosmoso mokymui


Autorius: Ethan Holmes, 2019

Seth Horowitz yra Browno universiteto Ekologijos ir evoliucinės biologijos katedros neurologas ir asistentas, taip pat kūrėjas ir 3D spausdinimo entuziastas. Jis dalijasi šia ataskaita tam tikrais būdais, kuriais jis naudojosi savo 3D spausdintuvu, įskaitant naują tyrimo metodą.

Prieš trejus metus turėjau įdomios problemos - man reikėjo eksperimento, kuris galėtų patogiai laikyti gyvą šikšnosparnį, tačiau tokiu būdu, kad jis negalėtų sunaikinti ar perkelti galvą. Praeityje aš dirbau su inžinieriais, kurie pagamintų labai sudėtingus pleksinius stiklus, narvelius panašius įrenginius, kurie veikė gerai, bet jums reikėjo kelis, kad atitiktų įvairaus dydžio (ir rūšių) šikšnosparnius. Tai gali užtrukti kelias savaites, kad kiekviena iš jų būtų didesnė, o kaina - daugiau nei tūkstantis dolerių.

Apie šį laiką internete buvo pradėta kalbėti apie 3D spausdintuvų rinkinius, ir aš nusprendžiau pabandyti ir pažiūrėti, ar galėčiau naudoti vieną iš šių dalykų, norint spausdinti gyvus šikšnosparnių laikiklius. Gavau nedidelę piloto stipendiją iš NASA Rhode Island Space (tyrimas buvo susijęs su NASA interesais - šikšnosparniai yra mylimi dalykai judančiai-tamsiai miniai) ir įsigijo „Makerbot Cupcake“.

Po kelių mėnesių statybos, surinkimo, išardymo, prispaudimo ir perkonfigūravimo turėjau savo 3D spausdintą šikšnosparnių laikiklį, kuris naudojo apie 50 centų plastiko ir spausdino dvi valandas. Bet kiek šikšnosparnių turėtojų iš tikrųjų reikia? Bandydamas išsiaiškinti, ką dar galėčiau daryti su savo „Cupcake“, supratau, kad 3D spausdinimas yra nauja forma duomenų aktualizavimas - supaprastinto koduotojo objekto atvaizdavimo ir šio objekto kūrimo - mechaninės pasekmės, kai vyksta iš genų į baltymus. Ir su daugybe 3D duomenų, galimybės yra beveik neribotos.

Mažiausiai per pastarąjį dešimtmetį 3D modeliai ir jų vaizdai buvo paplitę mokslo ir inžinerijos srityse - CT skenavimas sukuria trijų dimensijų skeletų ir tankių audinių vaizdus, ​​MRI leidžia tą patį minkštuose audiniuose. Skaitmeninis reljefo modeliavimas atlieka kelis vaizdus iš skirtingų perspektyvų orbitoje, kad būtų galima rekonstruoti planetinius ir mėnulinius paviršius 3D perėjimams. Tačiau visi šie būdingi apribojimai - atskiri vaizdų elementai turi būti atliekami per esminį filtravimą, kad būtų galima atvaizduoti įdomius regionus, kurie, žinoma, reiškia, kad ieškodami kitų ieškote įdomių dalykų. Sutampančios smulkesnės struktūros elementai išryškėja, suteikiant jums gražią jūsų objekto išorės apžvalgą, tačiau trūksta vidinės detalės, kuri ne visada gali būti atkuriama tik keičiant jūsų požiūrį. Ir, žinoma, pagrindinis apribojimas yra tas, kad tai yra nuotraukos. Nesvarbu, kaip gražiai ar išsamiai, jie vis dar riboja informaciją apie sudėtingą objektą tik vizualiai informacijai. Tačiau, kai jūs imate šiuos 3D vaizdinius vaizdus ir juos paversite fiziniais objektais, jūs ne tik vėl atveriate galimybes jas vizualiai išnagrinėti, bet ir gauti detalių iš mūsų puikiai subtilaus formos jausmo per prisilietimą.

1 paveikslas. Suaugusiųjų burbulų CT nuskaitymas, rodantis deformacijos regioną

Radau vieną paraišką, išnagrinėdamas senojo tyrimo duomenis. Daugelis mano darbo sutelkė dėmesį į klausos raidą, kaip modelį naudodamas „bullfrogs“. „Bullfrogs“ yra įdomūs žmogaus klausos modeliai, nes pirmiausia jų klausymas yra labai panašus į mažo dažnio (<2500 Hz) klausą žmonėms, o antra, jų smegenys yra labiau atsparios ir lankstesnės, nei žmonėms.

Pavyzdžiui, varlės iš tikrųjų gali sugrąžinti savo centrinę nervų sistemą po žalos, o mes norime, kad žmonės galėtų tai padaryti, kad būtų išvengta tokių dalykų kaip triukšmo sukeltas klausos praradimas. Bet jie sumoka kainą už šį plastiškumą - jie taip pat yra labiau linkę į žalą dėl aplinkos toksinų ir sąlygų.

2004 m. Per varlių įrašymo sesiją vienas laboratorijos narys pastebėjo ir sugriebė nelyginį suaugusių vyrų bulių. Jis turėjo tik vieną ausį. Kitaip atrodė sveika, nes varlės yra labai priklausomos nuo socialinio elgesio klausos; ši varlė turėjo sunkumų veisdama ir gindama savo teritoriją. Mes jį sugavome ir nuskaitėme CT, kad pamatytume, ar galėtume nustatyti jo apsigimimo mastą. KT nuskaitymai yra rentgeno spinduliai, imami nepertraukiamu spirale, o tai leidžia sukurti 3D kaulų ir tankių audinių modelį. Varlės KT nuskaitymas (1 pav.) Parodė, kad nors jo vidinė ausis atrodė normali abiejose pusėse, ji neturėjo ausies būgnelio ir mažo kremzlės gabalo, vadinamo stapes (arba stapediumu), prijungusios išorinį tympaną prie vidinės ausies.

2 pav. 3D spausdintas modelis, paremtas CT duomenimis

Iki tol, kol mes radome antrą varlę su ta pačia anomalija, pradėjome suvokti, kad čia vyksta kažkas. Šios dvi varlės nerado žalos požymių, todėl buvo labiau tikėtina, kad kažkas įvyko vystymosi metu. KT nuskaitymo vaizdai leido manyti, kad, kadangi vidinės ausys atrodė normalios, tai gali būti panaši į žmogaus būklę, vadinamą auraline atrija, kuri gali sukelti išorinių ir vidurinių ausų apsigimimus, bet palikti vidines ausis. Bet dabar, po metų, aš nusprendžiau iš naujo išnagrinėti vaizdus, ​​šį kartą naudodamas savo 3D spausdintuvą. Aš paėmiau neapdorotus CT failus ir naudojant atviro kodo programą „ImageJ“ eksportavo vienos kaukolės dalies duomenis kaip spausdinamą stereolitografijos failą ir sukūriau fizinį modelį, padidintą maždaug 25 kartus (2 pav.).

Kai tik aš turėjau modelį ir galėjau jį pasukti ir valdyti, pastebėjau, kad regionuose, kuriuose klausos (8) nervas paliko vidinę ausį, buvo faktiškai asimetrija, o tai rodo, kad šis apsigimimas nebuvo panašus į fonetinę atresiją. Atvirkščiai, greičiausiai tai buvo dėl insekticidų poveikio, kuris pasikeitė į teratogenus, esant UV spinduliams, ir tam tikruose vystymosi taškuose gali atsirasti didesnių anomalijų. 3D spausdintas modelis galiausiai suteikė daugiau informacijos apie tai, kas sukėlė nenormalumą, nei originalūs kompiuterio vaizdai. Fizinio spausdinimo modelio sukūrimas leidžia naudoti įrankius, kuriuos sukūrėte, kad galėtumėte naudoti kartu - savo rankas ir akis - išplėsti išvadas ne tik dėl brangios įrangos ir programinės įrangos.

Kitas mano interesas yra kosmoso švietimas ir informavimas, ir norėjau taip pat taikyti 3D spausdinimą. Pasaulių (įskaitant Žemę) tyrinėjimas yra vienas iš įdomiausių XX a. Ir XXI a. Žmogiškųjų nuotykių, tačiau jaudulys beveik išimtinai kyla iš vaizdų. Žemės masės ir druskingumo globos, 3D kanjonų skraidymas Marse ir ledinės įtrūkimai ant Jupiterio mėnulio „Europa“, didelės raiškos vaizdai į Mėnulio kraterius - su nedidelėmis išimtimis, visi šie ir daugiau yra prieinami tik vizualiai. Fiziniai modeliai, pvz., Pagal užsakymą pagaminti riboti asteroidinių formų leidiniai, kainuoja tūkstančius dolerių. Tekstūruotos globos ir žemėlapiai, kurie leidžia žmogui pajusti kalnų griovelius ir kraštovaizdžio figūras jau daugiau nei šimtmetį, iš pradžių buvo sukurti akliesiems, bet yra prieinami tik bendroms mokymo priemonėms, pvz., Žemės gelmėms.Taigi, kaip jūs galite atnešti kosmoso ir žemės mokslą 37 milijonams pasaulio žmonių, kurie yra visiškai akli, jau nekalbant apie 124 mln. Be to, kiek daugiau matomų žmonių išeis iš to, kad galėtų fiziškai valdyti asteroido modelį?

2010 m. Pradėjau ieškoti asteroidų formų 3D duomenų, kad pamatytumėte, ar būtų galima spausdinti erdvės kūnų ir teritorijų 3D modelius. Radau, kad buvo daugybė asteroidinių formų, gautų iš RADAR duomenų (didžioji dalis - Vašingtono valstijos universiteto elektrotechnikos mokyklos profesorius Scott Hudsonas), taip pat Marijos universiteto Arizonos universiteto HiRISE grupės skaitmeniniai reljefo duomenys. iš jų jau buvo naudojamos kosminių modeliavimo programose, pvz., Celestijoje. Aš pradėjau naudoti šiuos NASA duomenis ir (po reikšmingo darbo) juos paverčiant stereolitografiniais formatais ir spausdinant fizinius asteroidų modelius, Marso mėnulius Phobos ir Deimos, ir net planetines savybes, tokias kaip Marso krateris Gusevas (3 pav.).

3 pav. Mažų erdvių korpusai iš paveikslėlių (aukščiau) ir 3D spausdintos versijos (žemiau).

Tačiau, norint parodyti, kaip internetinės programinės įrangos tempas įgyja naujų idėjų švietimo ir priėmimo srityje, galėjau suremontuoti NASA, kad būtų sukurtas Asteroido Vesta modelis. Vesta yra antra pagal dydį asteroidas pagrindinėje juostoje ir labai skiriasi nuo daugelio kitų asteroidų ir kosminių kūnų. Ypač norėjau, kad „Vesta“ modelis būtų lyginamas su kitais „bulvės formos“ asteroidais, tokiais kaip Eros, nes tai reikštų, kad kažkas gautų tiesioginį visceralinį (arba bent jau haptinį) formos skirtumo suvokimą pagal gravitacijos principą diferencijavimas, nuo griuvėsių krūvos iki beveik planetos.

Šiuo metu „Vesta“ orbituoja Dawn zondas, kuris siunčia tūkstančius gražių vaizdų, NASA dar neišleido „oficialaus“ 3d formos modelio. Bet aš rasiu du būdus aplink tai - pirmiausia, paėmęs vaizdus, ​​rodančius „Vesta“ sukimąsi ir maitinant juos į nemokamą 3d modeliavimo programą (www.my3dscanner.com), galėjau gauti pagrindinį taško debesį - formą, pagrįstą apie panašių šviesos ir tamsių taškų tarpusavio ryšius tarp nuoseklių vaizdų. Naudodamas tai kai kurioms detalėms, sujungiau tai su išleistu „Vesta“ pasauliniu žemėlapiu ir užfiksavau jį į suplotą kiaušialą, gautą iš kai kurių orbitinių vaizdų formos. Tai leis man sukurti šiek tiek mažo res, bet tikslią 3D modelį net prieš oficialų išleidimą (4 pav.).

4 pav. Asteroidas Vesta - vaizdas iš Dawn zondo kairėje ir mano 3D spausdinta versija dešinėje.

Ši istorija nėra susijusi su galimybe nuvalyti NASA - tai rodo, kad daugybė įrankių ir nemokamų duomenų gali suteikti galių suinteresuotiesiems. Iš vaizdų į 3D modelį pereinant prie atspausdinto objekto, galite sukurti savo mastelio modelius. Sukurkite mokymo programą, kuri leis akliesiems pajusti vidurio Atlanto kraigo ir galėjo pasakyti skirtumą tarp ryškaus, aštraus Mėnulio kraterio ir su oru susilpnėjusio Marso. Profesionaliame lygyje sukurkite tikslius spausdintus teršalų modelius, kad išbandytumėte važinėjimo ar mėginių rinkimo transporto priemones, kad padėtų mums tęsti tyrinėjimą, įskaitant platesnę auditoriją ir motyvuoti naujas moksleivių kartas, pastebėtas ir ne, suprasti, kad gali laikyti visatos modelius savo rankose.

- Seth Horowitz



Jums Gali Būti Įdomu

Antikytheros mechanizmo grįžtamoji inžinerija

Antikytheros mechanizmo grįžtamoji inžinerija


„MakeShift“ iššūkis: „Snowbound“!

„MakeShift“ iššūkis: „Snowbound“!


Jaimie Mantzel stato Survival-Style salos namus iš žemės

Jaimie Mantzel stato Survival-Style salos namus iš žemės


2013 m. Atostogų dovanų gidas: robotai

2013 m. Atostogų dovanų gidas: robotai






Naujausios Žinutės