Nu is het voor iedereen mogelijk om 3D-beelden op nanoschaal te zien en te delen met een nieuw open-source softwareplatform ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Michigan, Cornell University en open-source softwarebedrijf Kitware Inc.

Tomviz 1.0 is de eerste open-source tool waarmee onderzoekers eenvoudig 3D-beelden kunnen maken van elektronentomografiegegevens, deel en manipuleer die afbeeldingen vervolgens op één enkel platform.

De wereld van materialen op nanoschaal - dingen van 100 nanometer en kleiner - is een belangrijke plaats voor wetenschappers en ingenieurs die de dingen van de toekomst ontwerpen:halfgeleiders, metaallegeringen en andere geavanceerde materialen.

In 3D zien hoe platinadeeltjes op nanoschaal zich rangschikken in de katalysator van een auto, bijvoorbeeld, of hoe stekelige dendrieten kortsluiting kunnen veroorzaken in lithium-ionbatterijen, zou vooruitgang kunnen stimuleren zoals veiliger, batterijen met een langere levensduur; aansteker, zuinigere auto's; en krachtigere computers.

"3-D-beelden op nanoschaal zijn nuttig op verschillende gebieden, inclusief de auto-industrie, halfgeleiders en zelfs geologie, " zei Robert Hovden, U-M-assistent-professor materiaalkunde en een van de makers van het programma. "Nu hoef je geen tomografie-expert te zijn om op een zinvolle manier met deze afbeeldingen te werken."

Tomviz lost een belangrijke uitdaging op:de moeilijkheid om gegevens te interpreteren van de elektronenmicroscopen die objecten op nanoschaal in 3D onderzoeken. De machines schieten vanuit verschillende hoeken elektronenstralen door nanodeeltjes. De bundels vormen projecties terwijl ze door het object gaan, een beetje zoals schaduwpoppen op nanoschaal.

Als de machine zijn werk doet, het is aan onderzoekers om honderden schaduwen in een enkel driedimensionaal beeld te verwerken. Het is zo moeilijk als het klinkt - zowel een kunst als een wetenschap. Zoals het kleuren van een traditioneel objectglaasje, onderzoekers voegen vaak schaduw of kleur toe aan 3D-afbeeldingen om bepaalde kenmerken te benadrukken.

traditioneel, ze hebben moeten vertrouwen op een mengelmoes van propriëtaire software om het zware werk te doen. Het werk is duur en tijdrovend; zo erg zelfs dat zelfs grote bedrijven zoals autofabrikanten ermee worstelen. En zodra een 3D-beeld is gemaakt, het is vaak onmogelijk voor andere onderzoekers om het te reproduceren of om het met anderen te delen.

Tomviz vereenvoudigt het proces drastisch en vermindert de hoeveelheid tijd en rekenkracht die nodig is om het te realiseren, zeggen de ontwerpers. Het stelt onderzoekers ook in staat om gemakkelijk samen te werken door alle stappen te delen die nodig zijn om een ​​bepaalde afbeelding te maken en hen in staat te stellen hun eigen aanpassingen te maken.

"Deze beelden zijn heel anders dan de 3D-graphics die je in een bioscoop zou zien, die in wezen slim verlichte oppervlakken zijn, Hovden zei. "Tomviz onderzoekt zowel het oppervlak als het interieur van een object op nanoschaal, met gedetailleerde informatie over de dichtheid en structuur. In sommige gevallen, we kunnen individuele atomen zien."

De sleutel tot het realiseren van Tomviz was het samenbrengen van tomografie-experts en softwareontwikkelaars om samen te werken, zei Hovden. Hun eerste uitdaging was om toegang te krijgen tot een grote hoeveelheid hoogwaardige tomografie. Het team verzamelde experts van Cornell, Berkeley Lab en UCLA om hun gegevens bij te dragen, en creëerden ook hun eigen met behulp van UM's microscopiecentrum. Om onbewerkte gegevens in code om te zetten, Het team van Hovden werkte samen met open-source softwaremaker Kitware.

Met de release van Tomviz 1.0, Hovden kijkt naar de volgende fasen van het project, waar hij de software rechtstreeks met microscopen hoopt te integreren. Hij gelooft dat de tomografiefaciliteiten en expertise van UM hem kunnen helpen bij het ontwerpen van een versie die uiteindelijk de chemie van alle atomen in 3D kan blootleggen.

"We ontsluiten toegang om nieuwe 3D-nanomaterialen te zien die de volgende generatie technologie zullen aandrijven, " Hovden zei. "Ik ben erg geïnteresseerd in het verleggen van de grenzen van het begrijpen van materialen in 3D."