Ora è possibile per chiunque vedere e condividere immagini in nanoscala 3D con una nuova piattaforma software open source sviluppata dai ricercatori dell'Università del Michigan, La Cornell University e la società di software open source Kitware Inc.

Tomviz 1.0 è il primo strumento open source che consente ai ricercatori di creare facilmente immagini 3D da dati di tomografia elettronica, quindi condividi e manipola quelle immagini in un'unica piattaforma.

Il mondo dei materiali su scala nanometrica—cose da 100 nanometri e più piccole—è un luogo importante per scienziati e ingegneri che stanno progettando le cose del futuro:semiconduttori, leghe metalliche e altri materiali avanzati.

Vedere in 3D come le particelle di platino su scala nanometrica si dispongono nel convertitore catalitico di un'auto, Per esempio, o come i dendriti appuntiti possono causare cortocircuiti all'interno delle batterie agli ioni di litio, potrebbe stimolare progressi come più sicuri, batterie più durature; accendino, auto più efficienti dal punto di vista dei consumi; e computer più potenti.

"Le immagini in nanoscala 3-D sono utili in una varietà di campi, compresa l'industria automobilistica, semiconduttori e persino geologia, " ha detto Robert Hovden, assistente professore di ingegneria della scienza dei materiali e uno dei creatori del programma. "Ora non devi essere un esperto di tomografia per lavorare con queste immagini in modo significativo".

Tomviz risolve una sfida chiave:la difficoltà di interpretare i dati dai microscopi elettronici che esaminano oggetti su nanoscala in 3-D. Le macchine sparano fasci di elettroni attraverso nanoparticelle da diverse angolazioni. I raggi formano proiezioni mentre viaggiano attraverso l'oggetto, un po' come pupazzi d'ombra su scala nanometrica.

Una volta che la macchina fa il suo lavoro, sta ai ricercatori mettere centinaia di ombre in un'unica immagine tridimensionale. È difficile come sembra:un'arte oltre che una scienza. Come colorare un vetrino da microscopio tradizionale, i ricercatori spesso aggiungono ombreggiature o colori alle immagini 3D per evidenziare determinati attributi.

Tradizionalmente, hanno dovuto fare affidamento su un miscuglio di software proprietario per fare il lavoro pesante. Il lavoro è costoso e richiede tempo; tanto che anche le grandi aziende come le case automobilistiche lottano con esso. E una volta creata un'immagine 3D, spesso è impossibile per altri ricercatori riprodurlo o condividerlo con altri.

Tomviz semplifica notevolmente il processo e riduce la quantità di tempo e la potenza di calcolo necessaria per realizzarlo, dicono i suoi progettisti. Consente inoltre ai ricercatori di collaborare prontamente condividendo tutti i passaggi necessari per creare una determinata immagine e consentendo loro di apportare modifiche personali.

"Queste immagini sono molto diverse dalla grafica 3D che vedresti al cinema, che sono essenzialmente superfici sapientemente illuminate, " Hovden ha detto. "Tomviz esplora sia la superficie che l'interno di un oggetto su nanoscala, con informazioni dettagliate sulla sua densità e struttura. In alcuni casi, possiamo vedere i singoli atomi."

La chiave per realizzare Tomviz è stata riunire esperti di tomografia e sviluppatori di software per collaborare, ha detto Hovden. La loro prima sfida è stata ottenere l'accesso a un grande volume di tomografia di alta qualità. Il team ha riunito esperti a Cornell, Berkeley Lab e UCLA per contribuire con i loro dati, e ha anche creato il proprio utilizzando il centro di microscopia di UM. Per trasformare i dati grezzi in codice, Il team di Hovden ha lavorato con il produttore di software open source Kitware.

Con il rilascio di Tomviz 1.0, Hovden guarda alle prossime fasi del progetto, dove spera di integrare il software direttamente con i microscopi. Crede che le strutture e le competenze della tomografia a sonda atomica di UM potrebbero aiutarlo a progettare una versione che potrebbe alla fine scoprire la chimica di tutti gli atomi in 3-D.

"Stiamo sbloccando l'accesso per vedere nuovi nanomateriali 3D che alimenteranno la prossima generazione di tecnologia, " Hovden ha detto. "Sono molto interessato a spingere i confini della comprensione dei materiali in 3-D".