Když věda potřebuje nový nástroj

Ondřej Svoboda působí v Ústavu molekulární genetiky Akademie věd České republiky, kde se věnuje výzkumu mechanismů vzniku krevních buněk. Ve své práci využívá modelový organismus Dánio pruhované, jehož embrya pozoruje pomocí dlouhodobého mikroskopického zobrazování.

Právě při těchto experimentech narazil na problém. Embrya je často potřeba sledovat desítky hodin, přesně je polohovat a v ideálním případě mít možnost celý experiment kontrolovat i vzdáleně mimo běžnou pracovní dobu. Komerční zařízení s podobnými funkcemi jsou však velmi drahá a často ani nenabízejí přesně to, co výzkumník potřebuje.

A tak vznikla myšlenka vytvořit vlastní řešení.

Co je iCAT

iCAT (Intuitive Controlled Axial Tilt) je zařízení umožňující přesné natáčení biologických vzorků v ose X během pozorování pod mikroskopem. Díky tomu lze vzorek sledovat z různých úhlů bez nutnosti manipulace přímo v průběhu experimentu.

Zařízení však nabízí mnohem více než samotné polohování. Součástí systému je regulace teploty, ovládání osvětlení i integrovaná kamera umožňující vzdálený náhled na experiment.

Celý systém je propojen se softwarem běžícím na lokálním počítači a lze jej pohodlně ovládat i na dálku. Výzkumník tak může kontrolovat průběh experimentu například z domova, aniž by musel být fyzicky přítomen v laboratoři.

Od prototypu k robustnímu řešení

První funkční verze zařízení vznikla ještě před vstupem do PrusaLabu. Přestože fungovala, její konstrukce nebyla dostatečně robustní a výroba jednotlivých dílů byla zbytečně komplikovaná.

V rámci projektového členství jsme společně hledali způsoby, jak zařízení zjednodušit, zvýšit jeho spolehlivost a připravit jej pro širší využití. Díky přístupu k digitální výrobě, 3D tisku a dalším technologiím bylo možné rychle testovat nové varianty konstrukce a průběžně je vylepšovat.

Výsledkem je výrazně odolnější a snadněji reprodukovatelné zařízení, které je připravené pro sdílení s dalšími laboratořemi.

Proč právě 3D tisk

Klíčovou roli při vývoji iCATu sehrál 3D tisk. Umožnil rychlé prototypování jednotlivých komponent, okamžité ověřování konstrukčních změn a především výrazné snížení výrobních nákladů.

Stejná technologie, která pomohla zařízení vyvinout, zároveň umožňuje jeho snadnou replikaci. Každý zájemce si může stáhnout STL soubory, vytisknout potřebné díly a zařízení sestavit z běžně dostupných komponent.

Právě tato otevřenost a dostupnost představuje jednu z největších předností celého projektu.

Open-source věda

Jedním z hlavních cílů projektu bylo umožnit využití podobného zařízení i laboratořím, které nemají přístup k rozsáhlým rozpočtům. Veškerá dokumentace, konstrukční podklady i zdrojové kódy jsou proto veřejně dostupné.

iCAT tak není pouze jedním konkrétním zařízením. Je platformou, kterou mohou další výzkumníci upravovat, rozšiřovat a přizpůsobovat vlastním potřebám.

Projekt ukazuje, že otevřený hardware a digitální výroba mohou významně přispět k demokratizaci vědeckého výzkumu.

Výsledek

Projekt iCAT je ukázkou toho, jak mohou moderní výrobní technologie pomoci řešit reálné problémy vědecké praxe. Díky kombinaci 3D tisku, otevřeného hardwaru a sdíleného know-how vzniklo zařízení, které nabízí funkce srovnatelné s mnohonásobně dražšími komerčními systémy.

Pro nás v PrusaLabu představuje iCAT skvělý příklad toho, jak může projektové členství pomoci proměnit dobrý nápad v funkční řešení s reálným dopadem. A zároveň potvrzuje, že technologie dostupné makerům, studentům nebo výzkumníkům mohou vést ke vzniku nástrojů, které posouvají hranice vědy.