近日,麻省理工学院(MIT)博士后和工程师Nicolas Aimon使用3D打印技术精确制作出了果蝇的大脑模型,不仅如此,他还加入了灯光效果来模拟大脑活动。Nicolas使用的3D模型数据来自尼FlyBrain项目。这个项目使用实际苍蝇的荧光数据(fluorescence data)开发出苍蝇大脑的精确3D模型(模型文件下载:http://flybrain.neurobio.arizona.edu/Flybrain/html/contrib/2000/rein/adultbrain.html),这种模型后来证明,很适合3D打印。
Nicolas解释说,他的灵感来自于他妹妹的科学研究。“她现在在加州大学圣地亚哥分校Kavli心脑研究所,在Ralph Greenspan教授的研究实验室里工作,她研究的部分内容就是使用先进的显微技术,观察三维尺度下果蝇(野生黑腹果蝇)的大脑活动。”
Nicolas本人在MIT材料科学与工程系,他们那里刚刚购买了一台FormLabs的3D打印机,可以以相当高的精度用透明树脂打印模型。于是他就考虑如果用现成的3D数据制作一个更生动的果蝇大脑实物模型。“经过几次反复考虑,我决定用光纤照亮3D打印模型的特定位置。”
其结果是非常令人印象深刻的。 不仅3D打印的模型绝对华丽、非常详细,Nicolas还使用大量光纤、一块Adafruit NeoPixel数字RGB LED控制条和适当的Arduino软件编程为这个模型加上了光电效果。
幸运的是,Nicolas能够获得果蝇大脑详细的3D数据并将其轻松转换成STL文件。而最难的部分,则是控制光纤,使其能够有规律地照亮不同的位置。他解释说,他在果蝇大脑的3D模型内部生成了一个遍布其内部的网格,并保留了其中的53个网格结点,这些结点对应于照亮整个模型所需的光纤数量。并以这些结点的位置为起始,向外生成孔径,以方便光纤的插入。
打印大脑本身是很简单的。据了解,Nicolas使用Formlabs 3D打印机和透明的光敏树脂。但是打印之后所有的光纤都需要手动插入和胶合到位。而且最好第一次不用胶水插上试试,以确认光纤之间没有互相冲突。至于胶水,Nicolas使用的是环氧树脂。
对于灯光效果本身,Nicolas使用了Adafruit公司的Neopixels控制模块,十分有效。“它们都超方便的,因为你只需要三根线(电源和信号),就可以解决这些数量众多的LED连接问题。而且它很柔软,可以根据你所需要的形状和位置进行切割和焊接。”这些都可以在Adafruit的网上商店购买到。
Nicolas继而用激光切割制作了一个硬纸板箱,以完美地固定光纤。“用亚克力板作为箱子的内衬,上面打出小槽来完美地嵌入LED条,使其正好在光纤的下面”。当然盒子里面还要容纳得下Arduino芯片,一个USB端口就足以支持所有必要的数据访问和电力。
最后就是把所有的这些都安装和固定好,连接所有的线路,打开开关,一个奇异的苍蝇大脑模型就完成了,看上去像一台另类的床头灯。
当然,这个可不只是一个酷酷的床头灯,Nicolas还根据苍蝇大脑的生理数据,对LED灯进行编程,使其能够模拟演示苍蝇的神经反应状态(见下图)。
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