Увидеть невидимое. Несколько способов сделать недорогой микроскоп своими руками
Микроскоп — надежный и нужный инструмент не только для ученых, медиков, но и представителей других специальностей. Это еще и отличный способ познакомить ребенка с невидимыми тайнами и секретами окружающего мира. Да и кто сказал, что рассматривать микроскопические объекты в свое удовольствие — это не для взрослых.
Проблема только в том, что микроскопы довольно дорогие. Если даже деньги есть, не всегда хочется их тратить на вещь, которая, возможно, будет использоваться лишь пару раз. В этом случае приходят на помощь проекты по созданию микроскопов своими руками.
Микроскоп из смартфона за $10-$20
Способ по превращению телефона в микроскоп предложили 10 лет назад ученые из Калифорнийского университета в Дейвисе. Способ актуален и сейчас (правда, он предназначен для смартфонов с одной камерой), и реализовать его несложно.
Все, что нужно — темный кусочек кожи, резины или любого другого материала, в центре которого проделывается небольшой отверстие диаметром менее 1 мм.
Затем нужно заказать лизну диаметром в 1 мм — такие стоят как раз около $15 (есть и более дорогие, есть более дешевые). Чем больше диаметр линзы, тем она обеспечивает меньшее увеличение. Линзу вставляем в отверстие, крепим все это скотчем к камере телефона с линзой в центре — и все, микроскоп готов. Фотографии на КДПВ — результат работы этого устройства. Приложив немного больше усилий, можно сделать еще и спектрометр, причем из того же микроскопа, который мы только что разобрали. Вот здесь подробная инструкция.
Микроскоп из вебкамеры
Еще один довольно древний способ, который был предложен в 2013 году — немногим позже, чем микроскоп из смартфона.
Здесь нам понадобится веб-камера (желательно с более-менее хорошим объективом, чтобы фотографии получались качественными). Набор отверток, клей, коробка.
Главная задача — перевернуть объектив камеры, чтобы внутренней стороной он смотрел наружу, а наружной — внутрь. Тогда камера будет увеличивать изображение. Объектив нужно разместить в нескольких миллиметрах от сенсора CMOS, причем нужно быть весьма аккуратным, чтобы ничего не повредить.
Затем собираем веб-камеру в обратном порядке, и делаем предметный столик из коробки и зеркала. Подробная инструкция — вот здесь или здесь (на русском).
Foldscope
Этот микроскоп вполне можно назвать самодельным, хотя он и высылается разработчиками — группой ученых из Стэнфорда. Получателю нужно просто собрать его, а сделан микроскоп из бумаги (и, конечно, крошечной линзы).
Он позволяет увеличивать объекты вплоть до 2000х. Стоимость всех элементов конструкции на момент создания составляла даже не доллар, а $0,97.
Корпус складывается из бумаги (схему сборки можно загрузить из интернета). Кроме бумаги и стеклянной или сапфировой шариковой линзы нужны таблетка, светодиод, небольшой фрагмент медной ленты и выключатель.
Весит такое устройство около 10 граммов. Он может падать, его можно даже пинать — и микроскоп выживет. Его надежность равна надежности конструкции из бумаги. Работать с ним могут как школьники, так и специалисты различных отраслей, у которых просто не оказалось нужного инструмента под рукой в нужный момент. Собирается он максимум за 20 минут, если параллельно пить кофе.
Подробная инструкция есть здесь, а сайт доступен вот по этой ссылке.
Микроскоп из DVD-приводов
Не самый простой для сборки микроскоп, для создания которого требуется два привода, Arduino и базовое понимание работы с чипами, платами и т.п. В общем, здесь требуется куда больше опыта и знаний, чем в случае создания бумажного микроскопа или микроскопа из вебкамеры.
Arduino требуется для управления лазерными головками — они сканируют рассматриваемый объект, перемещаясь по осям x и y. Авторы говорят, что разрешение получаемого изображения зависит от количества измерений, сделанных по оси x и количеством линий по оси y.
В конструкции используется еще и фотодетектор — но это обыкновенный фотодиод. Разработчики даже разработали специализированную плату для подключения лазерных головок и прочих компонентов. Вот ссылка, где можно найти все необходимое.
Микроскоп из Lego
Нет, это не Mindstorms, а просто кубики конструктора с внедренными в них элементами микроскопа. Проект, что логично, называется Lego Microscope.
Это DIY-проект, хотя и довольно сложный. Как и в предыдущем случае, разработчики уже все сделали за нас — создали список необходимых для сборки кубиков, дали ссылки на магазины, где можно купить линзы микроскопа, рассказали о других компонентах, использующихся в конструкции. Например, фотокамере от iPhone 5, которая стоит сейчас очень недорого — пару долларов на AliExpress.
Инструкция по сборке находится вот здесь.
В целом, все эти проекты дешевле (иногда на пару порядков, как в случае с однодолларовым микроскопом), чем стандартные микроскопы. Но на их сборку требуется время, причем не всегда это 10-20 минут. Для того же микроскопа из Lego понадобится несколько часов, а с учетом ожидания деталей — и дней или даже недель. Но в итоге мы получаем надежные инструменты, которые могут и поработать, и отдохнуть — например, провести время с семьей или друзьями, разглядывая детали микромира.
Источник
DIY для детей. Собираем USB-микроскоп
Вряд ли этот аппарат поможет вам паять микросхемы или рассматривать что-то серьезное. Но такой самодельный микроскоп точно понравится вашему ребенку, а сам процесс сборки – чудесная возможность провести вместе время и показать, что у папы руки растут из нужного места.
Итак, совместный досуг с ребенком на выходные – собираем usb-микроскоп из веб-камеры.
На хабре уже поднималась статья о том, как подключить обычный оптический микроскоп к компьютеру. Там же подробно расписана матчасть с линзами. Конечно, существует возможность купить уже готовый usb-микроскоп в магазине, но наша задача – показать ребенку устройство цифрового микроскопа и дать повод для дальнейшего изучения микро-мира.
Что нам понадобится
1. Веб-камера
2. Коробочка от конструктора (для корпуса)
3. Корпус от клея-карандаша
4. Колпачок от фламастера
5. Ночной фонарик
Опционально: Деталька-подставка от лего-человечка. Это если: а) не жалко, б) есть желание подключать микроскоп к конструктору).
Инструменты:
6. Термоклей
7. Двусторонний скотч на мягкой основе
8. Отвертка
9. Канцелярский резак
10. Мини-лобзик
Оптика:
Для цифровой начинки была выбрана 0,3 мегапиксельная веб-камера Hama, купленная по распродаже за 100 рублей.
Разбираем камеру. Вообще принцип USB-микроскопа – это перевернуть собирающую линзу веб-камеры и сделать из нее увеличивающую, которая будет проецировать изображение на цифровую матрицу. В нашем случае 0,3 мегапикселей представляют собой малюсенький квадратик. 
Пластиковый корпус нам не нужен, поэтому его можно распилить лобзиком. Главное – не повредить провод. После того, как закончили с корпусом – можно выкрутить линзу. 
Выкручивается линза очень просто. Но в таком виде, нам она не нужна, по крайней мере я не смог настроить фокус. Поэтому нужно удалить лишнюю линзу. Ободок оказался приклеен – удалим его резаком. В некоторых случаях линза может быть запаяна – придется повозиться. 
После удаления ободка – выпуклая линза легко извлекается. Внутри этого «бочонка» оказался цилиндр, фиксирующий вторую линзу, которая спряталась за поляризационным стеклышком. Если не закрепить цилиндр, то линза не будет держаться ровно. Я использовал ПВА и зубочистку. Теперь можно собирать камеру обратно. 
Убедитесь, что резьба «бочонока» и фиксатора на микросхеме точно совпадают. В моем случае резьба не сделала ни одного оборота. Пришлось сажать на термоклей. Тестируем, чтобы убедиться в работоспособности микроскопа. 
В сети много сервисов, которые позволяют транслировать изображение с веб-камеры на страницу. Например вот.
Собственно на этом оптическую часть микроскопа можно считать готовой.
Фокусировка
Подойдем к вопросам и фокусировки линзы. Первая мысль – собрать механизм из лего. Это будет здорово, хотя бы потому, что ваш ребенок получит крутую увеличивающую штуку, совместимую с его конструктором. 
Так, что если не жалко деталь – клейте к кубику. Если нет желания строить корпус из лего – идем дальше. 
Винт фокусировки делаем из клея-карандаша. Удовлетворительная точность и короткий шаг делают эту деталь незаменимой. Была мысль сделать из шприца, но там даже удовлетворительной точности не добиться – слишком большое давление нужно оказывать на поршень. 
Шайба с клеевым стержнем сидит глубоко и напрямую к ней нашу микросхему не приклеить. Добавляем звено – колпачок от фломастера. 
Вставляем трубку из колпачка в шайбу и заливаем термоклеем. 
Осталось прикрепить к колпачку микросхему. Потребовался «лего-интерфейс». Удобно тем, что можно всегда отсоединить. 
Корпус
Для устойчивой конструкции я использовал коробочку от конструктора. Теоретически, можно сделать ее из чего угодно. Главное, чтобы фокусировочный винт из клея карандаша держался вертикально, а снизу в линзу бил свет. На веб-камере уже есть свето-диоды, но фокусное расстояние не дает их свету падать на препарат. Да и из школьного курса биологии мы помним, что нужно направлять луч света через зеркальце, чтобы подсветить изучаемый образец. Я использовал ночной светильник. Кстати, его поверхность можно сразу использовать, как препаратное стекло. 
Осталось вырезать корпус и отверстие в крышке для клея-карандаша. 
Используем лобзик и нож. Давать ребенку самостоятельно работать с ножом не стоит, лучше ему помочь и сделать это самостоятельно. Я использовал шуруповерт-дрель, для промежуточных отверстий, которые затем «соединял» ножом. 
Вертикально закрепить фокусировочный винт нам поможет двусторонний скотч на мягкой основе и термоклей. Вообще не представляю, как мы умудрялись в детстве обходиться без него. Хотя, нет, представляю. Я заливал все ПВА. 
Микроскоп готов! Даже формой он отдаленно стал напоминать настоящий. Подключаем его к компьютеру и заходим в веб-интерфейс.
Увеличиваем
Осталось научиться ловить фокусное расстояние. Это самое трудное во всем процессе! У меня оно получилось крайне маленьким (1-3 мм). Винт, при закручивании, не направлял линзу строго вертикально — ее болтало из стороны в сторону, это тоже добавило трудностей. Однако увеличение получилось весьма приличным. 
1. Крыло мухи
2. Ножка мухи
3. Тоже ножка мухи, но под другим ракурсом.
4. Волос с головы автора
А это видео, снятое таким же микроскопом, но с 1,2-мегапиксельной матрицей камеры. Личинка комара:
Видео процесса сборки:
Бюджет:
Веб-камера 100 рублей
Клей-карандаш 20 рублей
Ночной фонарик 38 рублей
Инструменты не в счет.
Теперь вы знаете чем можно занять себя и своего ребенка на выходных. Удачных экспериментов!
Источник
