Il est désormais possible pour n'importe qui de voir et de partager des images nanométriques 3D avec une nouvelle plate-forme logicielle open source développée par des chercheurs de l'Université du Michigan, Cornell University et la société de logiciels open source Kitware Inc.

Tomviz 1.0 est le premier outil open source qui permet aux chercheurs de créer facilement des images 3D à partir de données de tomographie électronique, puis partagez et manipulez ces images sur une seule plateforme.

Le monde des matériaux à l'échelle nanométrique - des choses de 100 nanomètres et moins - est un endroit important pour les scientifiques et les ingénieurs qui conçoivent les éléments du futur :semi-conducteurs, alliages métalliques et autres matériaux avancés.

En voyant en 3D comment des taches de platine à l'échelle nanométrique s'arrangent dans le convertisseur catalytique d'une voiture, par exemple, ou comment les dendrites hérissées peuvent provoquer des courts-circuits à l'intérieur des batteries lithium-ion, pourrait stimuler des avancées comme plus sûres, batteries plus durables; briquet, voitures plus économes en carburant; et des ordinateurs plus puissants.

« L'imagerie à l'échelle nanométrique en 3D est utile dans une variété de domaines, y compris l'industrie automobile, les semi-conducteurs et même la géologie, " a déclaré Robert Hovden, U-M professeur adjoint de génie des sciences des matériaux et l'un des créateurs du programme. "Maintenant, vous n'avez plus besoin d'être un expert en tomographie pour travailler avec ces images de manière significative."

Tomviz résout un défi clé :la difficulté d'interpréter les données des microscopes électroniques qui examinent des objets à l'échelle nanométrique en 3D. Les machines projettent des faisceaux d'électrons à travers des nanoparticules sous différents angles. Les faisceaux forment des projections lorsqu'ils traversent l'objet, un peu comme des ombres chinoises à l'échelle nanométrique.

Une fois que la machine a fait son travail, c'est aux chercheurs de reconstituer des centaines d'ombres en une seule image tridimensionnelle. C'est aussi difficile que ça en a l'air – un art autant qu'une science. Comme la coloration d'une lame de microscope traditionnelle, les chercheurs ajoutent souvent de l'ombrage ou de la couleur aux images 3D pour mettre en évidence certains attributs.

Traditionnellement, ils ont dû s'appuyer sur un méli-mélo de logiciels propriétaires pour faire le gros du travail. Le travail est coûteux et prend du temps; à tel point que même les grandes entreprises comme les constructeurs automobiles ont du mal avec cela. Et une fois qu'une image 3D est créée, il est souvent impossible pour d'autres chercheurs de le reproduire ou de le partager avec d'autres.

Tomviz simplifie considérablement le processus et réduit le temps et la puissance de calcul nécessaires pour y parvenir, disent ses concepteurs. Il permet également aux chercheurs de collaborer facilement en partageant toutes les étapes de création d'une image donnée et en leur permettant d'apporter leurs propres modifications.

"Ces images sont très différentes des graphiques 3D que vous verriez dans une salle de cinéma, qui sont essentiellement des surfaces savamment éclairées, " a déclaré Hovden. " Tomviz explore à la fois la surface et l'intérieur d'un objet à l'échelle nanométrique, avec des informations détaillées sur sa densité et sa structure. Dans certains cas, nous pouvons voir des atomes individuels."

La clé de la réussite de Tomviz a été de réunir des experts en tomographie et des développeurs de logiciels pour collaborer, dit Hovden. Leur premier défi était d'accéder à un grand volume de tomographie de haute qualité. L'équipe a réuni des experts de Cornell, Berkeley Lab et UCLA pour apporter leurs données, et ont également créé le leur en utilisant le centre de microscopie d'U-M. Pour transformer des données brutes en code, L'équipe de Hovden a travaillé avec le fabricant de logiciels open source Kitware.

Avec la sortie de Tomviz 1.0, Hovden envisage les prochaines étapes du projet, où il espère intégrer le logiciel directement aux microscopes. Il pense que les installations et l'expertise de tomographie de la sonde atomique d'UM pourraient l'aider à concevoir une version qui pourrait finalement découvrir la chimie de tous les atomes en 3-D.

"Nous ouvrons l'accès pour voir de nouveaux nanomatériaux 3D qui alimenteront la prochaine génération de technologie, " a déclaré Hovden. " Je suis très intéressé à repousser les limites de la compréhension des matériaux en 3D. "