يساعد مشروع التيمفيز tomviz المفتوح المصدر الجديد على تصوير وتجسيد تكنولوجيا النانو بشكل ثلاثي الأبعاد.
تبنى أجهزة الكمبيوتر الحديثة بواسطة تنكولوجيا النانو حيث يحتوي المعالج على مليارات الترانزستورات، كل واحد يحوي حوالي 14 نانو متر. يقتصر البت الواحد من المعلومات في محرك القرص الثابت على نطاق دوران 10نانو متر في قرص الـ75 ميل في الساعة.
يحتوي التسارع في الهواتف الذكية على نوابض نانو تقيس قوة الجاذبية لتحديد التوجه.
الحوسبة هي علم النانو ويستخدم المبرمجون النانو في كل سطر برمجي.
ولكن مع ذلك لا يمكننا أن نرى تكنولوجيا النانو بشكل مباشر. النانو متر هو 7000 مرة أصغر من خلايا الدم الحمراء في جسمنا- تقيم في نطاق حيث يكون طول الموجات الضوئية كبير جداً لقياس وجودها، وهناك حاجة لإلكترونات تكون ذات طاقة عالية. يستخدم مجهر إلكتروني شعاعاً من الإلكترونات قادر على حل كل ذرة فردية في المواد.
التصوير الثلاثي الأبعاد لمواد النانو هو أمر ضروري لتطوير مجموعة واسعة من التكنولوجيات الجديدة، بما في ذلك خلايا الوقود الهيدروجينية المستخدمة في سيارات الطاقة النظيفة.
أصبح مؤخراً تصوير أجسام النانو في جميع الأبعاد الثلاثية مهمة هامة. أصبحت الأجهزة المبتكرة في سياق الحوسبة كالفينفيت ترانزستورFINFET transistor يتم تصنيعها ببنية ثلاثية الأبعاد ومعقدة. تحسين سرعة الحاسبات والحفاظ على قانون مور يتطلب توصيفا كاملا من كل النواحي.
يمكن للمجهر الإلكتروني تصوير تكنولوجيا النانو بشكل ثلاثي الأبعاد بواسطة التقنية التجريبية المعروفة باسم التصوير المقطعي للإلكترونelectron tomography. مشابه لمفهوم ـCT للمسح الطبي- والتي يُعمل بها فقط في مقياس النانو- حيث تسمح سلسلة من صور الإسقاط الملتقطة حول العينة بإعادة بناء الحجم بشكل كامل للكائن. ولكن مع ذلك فهي عملية معقدة تعتمد اعتماداً كبيراً على البرمجيات في كل خطوة من العملية، تبدأ من إعادة بناء الثلاثي الأبعاد إلى التجسيد. ومن أجل التصوير المقطعي للإلكترون، هناك حاجة ملحة لبعض البرمجيات غير الموجودة والمنصات مفتوحة المصدر.
بدأ هذا العام مشروع لتمفيز tomviz بمنحة من وزارة الخارجية الأمريكية لإعادة بناء مقطعي بشكل متقدم ولتصوير تكنولوجيا النانو. في هذا التطبيق السهل الاستخدام وعن طريق منصة عمل يمكن القيام بتشكيل ورسم وتحليل وتشريح مجموعة بيانات كبيرة الحجم. وتوفر هذه المنصة واجهة رسومية قوية حيث توجد فيه مجموعات البيانات المتعددة والخرائط الملونة والصور الأخرى التي يمكن استخدامها بشكل مجتمع ويمكن حفظ هذه الكائنات كصورة أو كملفات فيديو متحركة. البيانات التي يتم جمعها يمكن تحليلها أكثر من خلال الرسوم البيانية والإحصاءات المتعددة الترابط والفلاتر المتعددة وسكريبتات بايثون مخصصة الاستخدام. ويمكن أيضاً القيام بإعادة البناء المقطعي للبيانات التجريبية داخل التيمفيز.
يستخدم التصوير المقطعي للإلكترون العديد من الصور المسقطة لإعادة بناء الكائن بشكل ثلاثي الأبعاد
في إطار عمليات التجسيد والتصوير فإنّ الشفافية والقدرة على التكرار للبرمجيات مفتوحة المصدر تكون مهمة لانفتاح العلوم. عند نشر البيانات العلمية ثلاثية الأبعاد، فإنّ التمثيل النهائي يكون يكون قابل للتعديل عن طريق الفلاتر والبدايات التي يختارها المستخدم. حتى مع المساواة في الحصول على مجموعات البيانات يكون من الصعب إعادة إنتاج التجسيد الثلاثي الأبعاد الذي يظهر في المجلات العلمية. يتطلب ضمان استنساخ التحليل المقطعي منصة تجسيد مفتوحة قادرة على توفير مساحة للعمل وخطوط معالجة للبيانات.
التيمفيز يدعم التعليم المفتوح من خلال النشر برخصة الـBSD. مع السماح بالتوزيع لأيّ استخدامات سواءً الأكاديمية أو الصناعية أو التعليمية.
مع التيمفيز فإنّ إعادة البناء الثلاثي الأبعاد والتجسيد أصبح في متناول الجميع. حيث يقدم التطبيق من خلال استخدام ملفات التتبع والحالة القدرة على حفظ خط سير العمل بشكلٍ لا لبس فيه إلى الملف المرجعي لكل البيانات المدخلة. وهذا يتيح وجود نتائج قابلة للتكرار بشكلٍ كامل، ولها تأثيرات هامة على المجالات التي يشترك فيها الباحثون بالبيانات مع زملائهم أو يرفعون الاستعلامات إلى الخبراء. يمكن لملفات خطوط العمل هذه أن تساعد على نشر النتائج وتحسّن أساليب العلمية المفتوحة.
يمكن للتيمفيز إعادة بناء وتجسيد الكائنات المعقدة كجسيمات النانو شديدة التشعب هذه. تُأخذ الشرائح من خلال جزيئات النانو التي تظهر بلون برتقالي مشع وتبرز النواة الداخلية للجسيمات.
سوف تصبح التيمفيز في الشكل النهائي مجموعة أدوات كاملة للتصوير الثلاثي الأبعاد لمواد النانو، من إعادة البناء إلى التجسيد. باستخدام المكتبات ثلاثية الأبعاد مفتوحة المصدر (VTK و ParaView) سيوفر هذا المشروع الناشئ أداةً ضرورية لتحليل البيانات بشكل مقطعي. ستتيح البايثون مع واجهات الـNumPy سهولة في التنفيذ ومشاركة معالجة البيانات المعقدة وإعادة البناء للأساليب المطورة من قِبل الباحثين. لمواكبة مجموعات البيانات البرمجية الحقيقة سيتم إطلاق تكنولوجيا النانو تحت رخصة Creative Commons من أجل تسليط الضوء على هذه المنصة وتشجيع التطويرات الجديدة في هذا المجال.
يمكن للعلماء وللمبرمجين وللفضوليين تحميل إصدارات التيمفيز الجاهزة للاستخدم.
ويمكن للمطورين الوصول إلى كود المصدر من GitHub.
لقطة من واجهة رسومية لتيمفيز 0.2
يتكون مشروع التيمفيز بفضل مكتب وزارة الطاقة للعلوم DOE و SBIR #DE-SC0011385. وأيضاً بفضل VTK و Paraview لتوفيرهم أساسا لكود المصدر المفيد. وأيضاً بفضل Elliot Padgett لمجوعة بيانات محفزات النانو. ولمجموعة Robinson للجسيمات شديدة التشعب. ولـFiji و serialEM لصنعهم لأدوات التصوير الكبير المفتوحة العلمية للفحص المجهري.
هذه المقالة مترجمة من الإنجليزية من موقع opensource.com