...

суббота, 7 ноября 2020 г.

[Из песочницы] Поговорим о микроскопах

Помнится, в далеком детстве мне подарили микроскоп «Натуралист» – игрушечный, но таки дающий фиксированное увеличение аж в шестьдесят раз. Состоял он из одной трубки, закрепляемой на пластмассовом футляре, одновременно играющим роль основания. Сколько интересных вещей тогда было пересмотрено через окуляр, подсвеченный тусклым зеркальцем – от листьев водорослей до целого таракана…

Рис. 1. Детский микроскоп «Натуралист» (за неимением лучшего — фото с торговой площадки)

С тех пор прошло более тридцати лет, но о детском увлечении я не забыл. И вот однажды под влиянием приступа ностальгии я решил купить себе такую же игрушку, только чуть посовременнее. Но первый же взгляд на соответствующий раздел Интернет-площадки показал: чего-то я в этой жизни не понимаю. От обилия самый разных устройств, описываемых одним и тем же словом «микроскоп», просто рябило в глазах. И вот вместо пары быстрых щелчков мышкой пришлось плотно сесть и разобраться хотя бы в самых азах современной микроскопии. Результаты ниже.

Предупреждение: обзор не претендует на исчерпывающее описание и рассчитан на энтузиастов-любителей, интересующихся предметом для себя или для детей. Статья не содержит никакой теории, связанной с оптикой, ее в избытке хватает в других материалах.

Типы микроскопов


Существует довольно много самых разных задач, в которых необходимо детально рассмотреть мельчайшие детали объектов – от драгоценных камней и монет до внутренностей живой клетки. От того, что и как нам нужно увидеть, сильно зависят и применяемые методы. Оставим сейчас за кадром самые мелкие объекты типа вирусов или молекулярной структуры вещества и сосредоточимся на более крупных предметах размерами от бактерии и выше. Оптические устройства, применяемые для таких задач, делятся на два больших класса: биологические (компаундные) и стереомикроскопы.

Подробно останавливаться на стереомикроскопах не станем. Замечу только, что, вопреки подсознательным ожиданиям от названия, данный класс устройств предназначен не для создания стереокартинок. Стереомикроскопы используются для обследования сравнительно крупных непрозрачных предметов в отраженном свете: микросхем, камней, насекомых и т.п. Они отличаются сравнительно небольшим оптическим увеличением (40-60-80х, хотя наиболее продвинутые могут иметь даже 200х) и часто снабжены встроенными мониторами либо цифровыми интерфейсами. Источник света находится над образцом. Размеры – от карманных устройств до солидных стационарных установок.

Некоторые стереомикроскопы для промышленных целей даже лишены оптического окуляра и предназначены исключительно для подключения к компьютеру/смартфону через USB/WiFi («цифровые микроскопы»). Такие микроскопы сравнительно дешевы. Если надо как следует рассмотреть таракана, бриллиант или распайку элементов на плате, этот тип устройств для вас. Только помните, что супер-увеличения типа 1600х, которые часто можно встретить в описаниях даже самых дешевых устройств, относятся к цифровому увеличению и даже близко не отражают реальное оптическое. Каково оно? А кто его знает, производители до таких деталей не снисходят.


Рис. 2. Aomekie stereo microscope с увеличением 20х/40х (фото производителя)

Биологические микроскопы


Основной класс устройств, на котором мы сконцентрируемся – то, что называется биологическим микроскопом, в английской терминологии «компаундным» (составным, от compound). Он предназначен для рассматривания тонких прозрачных образцов (срезы тканей, бактерии, микроорганизмы и т.п.) в проходящем свете. Образец подготавливается на предметном стекле, умещаемом на рабочей платформе, источник света – внизу, под образцом.

Следует понимать, что под биологический микроскоп того же таракана засунуть сложно: для мощной оптики, где расстояние между линзой и препаратом составляет буквально десятую долю миллиметра, препарат должен быть очень тонким, плоским и прозрачным, специально подготовленным и, возможно, окрашенным. Обычно это капля или тонкая пленка, размещенная между предметным и покровным стеклом. Под маломощный объектив таракан влезет (фокусное расстояние у них от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров). Однако следует озаботиться хорошим внешним источником света и не стоит рассчитывать на высокую глубину резкости: в каждый момент времени вы сможете отчетливо видеть только определенный слой изображения.

Типовой биологический микроскоп состоит из трех частей: механическая платформа (база, предметный столик, устройства наведения и фокусировки), подсветка и оптическая система.


Рис. 3. Микроскоп Celestron (фото производителя)

Механическая платформа


Механическая часть состоит из основания, на которой монтируются все прочие компоненты, и предметного столика, на котором умещается образец. Очень важной частью механики является система, отвечающая за перемещение предметного столика в трех измерениях – именно так образец подводится в точку фокуса неподвижного объектива. Существуют модели, в которых перемещается объектив, но это редкая экзотика. В устройствах начального уровня механика самая примитивная. Подстройка по высоте (фокусировка) есть только грубая (coarse), перемещение образца в плоскости – пальцами.

В более сложных моделях в дополнение к грубой фокусировке появляется тонкая (fine), а также зажим, перемещающий предметное стекло в горизонтальной плоскости (его подвижная сторона имеет характерный вид полумесяца, ее хорошо видно на изображениях устройств). В наиболее простых микроскопах вертикальное перемещение регулируется разными винтами/рукоятками, в более продвинутых они совмещены на одной оси. В микроскопах без тонкой фокусировки есть реальная опасность раздавить как предметное стекло, так и линзу объектива из-за неловкого движения руки.

Материал корпуса – пластик либо металл. Пластик легче, но и хрупче. Обычно он применяется в мобильных моделях, предназначенных для детей либо полевых лабораторий – там, где важно минимизировать вес. Для стационарных микроскопов используется металл: он не только прочнее, но и менее подвержен вибрациям, которые на высоких увеличениях становятся критичными. Вес металлического микроскопа – 3-4 килограмма.

Исторически база микроскопа состояла из неподвижного основания и подвижного кронштейна, позволяющего менять ориентацию микроскопа относительно вертикали. Это было необходимо не только для комфорта работы, но и для получения качественной подсветки. Однако современные микроскопы имеют монолитное основание с фиксированным углом наклона глазных тубусов, что не всегда удобно. Учтите, что от этого угла прямо зависит комфорт вашей шеи во время работы, так что подбирайте устройство с углом, подходящим именно вам.


Рис. 4. AmScope M500 с простейшим предметным столиком без перемещения в плоскости (фото производителя)

Электрические компоненты


Мало подвести образец в точку фокуса, его надо еще и правильно подсветить. Плохая подсветка приведет к слишком темному или, наоборот, пересвеченному неразборчивому изображению, а также к неоднородному освещению поля.

Исторически для подсветки использовалось вогнутое зеркало, расположенное под отверстием в столике. Однако с его помощью сложно добиться качественного равномерного освещения поля зрения, что критично на высоких увеличениях. Также оно накладывает очень серьезные ограничения по размещению микроскопа относительно источника света, а также на сам источник. Такое зеркало сегодня осталось только в самых примитивных устройствах, обычно в полевых либо детских микроскопах, как в показанном в начале статьи «Натуралисте». Иногда, впрочем, оно может поставляться как дополнительная опция, замещающая основной источник света.

Сегодня для подсветки используются разные виды встроенных в основание ламп. До относительно недавнего времени применялись лампы галогенные или накаливания, но они имели свои проблемы. В первую очередь – из-за того, что свет генерировался тонкой нитью, а проецировать его приходилось на круглое поле, что, опять же, создает проблемы с равномерностью. Однако в современных условиях индустрия широко использует LED-источники света, что проблему сняло.

Запитывается подсветка либо от батареек (такие микроскопы особенно хороши для детей, поскольку их можно повсюду таскать с собой), либо проводом от розетки. Если заказываете проводное устройство за рубежом, помните о переходниках для вилки.

Регулировка подсветки выполняется как интенсивностью лампы, так и световым конденсором под рабочим столиком, имеющим диафрагму и линзу для фокусировки света на образце. В недорогих моделях наиболее распространен конденсор Аббе (Abbe condenser) или его модификации, это название можно часто увидеть в описании микроскопа. Для любительских занятий обычно применяется подсветка вида «светлое поле» (в смысле, прозрачные объекты рассматриваются на ярком белом фоне), хотя есть и другие типы: «темное поле», дающее инвертированное изображение, флуоресцентная подсветка и т.п. Конденсор может быть сменным, позволяя получать в одном и том же микроскопе разные типы подсветки.

Попадаются также модели с дополнительной верхней подсветкой, как на картинке ниже (этакий гибрид биологического и стереомикроскопа), но обычно это удел любительских устройств и малых увеличений: мощные объективы, практически втыкающиеся в покровное стекло, попросту заслоняют верхний свет. На практике уже сорокакратный объектив даже при хорошей внешней подсветке почти ничего не видит, а стократный показывает полный мрак.

Обратите, кстати, внимание: микроскоп на картинке не обладает полноценным конденсором, вместо него – только источник света и диафрагма. На столике присутствуют только самые примитивные зажимы-клипсы для предметного стекла, перемещение препарата в плоскости – пальцами.


Рис. 5. Любительский микроскоп Swift SW150 входного уровня с дополнительной верхней подсветкой (фото производителя)

Оптическая система – объективы


Оптическая система состоит из объективов (смотрят непосредственно на образец) и окуляров (eyepiece, прилегают к глазу).

Объективы, непосредственно рассматривающие образец, монтируются на револьверном диске для быстрой их смены. По нынешним временам они имеют четыре типовых диапазона увеличения: 4-5х (сканирующий объектив, обычно служит для грубой наводки на цель), 10-15х (маломощные линзы), 40-60х (высокомощные) и 90-100х и выше (сверхмощные). Объективы с увеличением выше 100х встречается редко и уж точно не в любительских микроскопах.

Первые три типа («сухие») обычно стандартны для всех моделей, даже для детских. Последний тип объективов встречается в более продвинутых моделях и для получения качественного изображения требует специальной техники использования – иммерсионной. Суть в том, что коэффициенты преломления воздуха и стекла разные для разных длин волн (именно на этом основано разложение белого цвета в спектр). Если между образцом и объективом есть воздух, на стократном увеличении проявляется сильная хроматическая аберрация, снижающая резкость вплоть до полной неразборчивости.

Поэтому для сильных (девяностократных и выше) объективов обычно используется техника погружения (иммерсии) передней линзы объектива в специальное масло, имеющее тот же коэффициент преломления, что и стекло. На покровное стекло наносят каплю масла, в которое непосредственно опускается объектив. После исследования масло с линзы смывается. Такие объективы обычно помечаются словом oil. Могут они использоваться и насухо, но добиться высокой резкости в этом случае невозможно. Масло входит в начальный комплект микроскопа с такими объективами, а также может быть куплено отдельно (из натуральных масел идеально подходит кедровое). Масляную иммерсию нельзя использовать с менее мощными объективами, для которых она не упомянута явно.

Что интересно, еще в середине прошлого века иммерсионными были даже объективы 50х, но с тех пор техника заметно продвинулась вперед. Исторически первой иммерсионной жидкостью являлась обычная вода (техника изобретена еще в начале 19 в.), подходящее масло впервые подобрали ближе к концу того же столетия.

Также стократные объективы могут напрямую упираться в покровное стекло препарата. Защита фронтальной линзы обычно выполняется с помощью специальной пружинящей оправы (слово spring в описании объектива). Несколько раз в описаниях также попадалось слово feather вместо spring, хотя найти определение мне так и не удалось. Для любительских исследований такие объективы избыточны как с точки зрения дополнительной немалой цены, так и с точки зрения затрачиваемых усилий. Особой дополнительной ценности в домашних условиях они не представляют.


Рис. 6. Набор ахроматических объективов фирмы OMAX с типичными мощностями 4х, 10х, 40х и 100х (фото производителя). На стократном объективе хорошо видна пружинящая оправа

Оптическая система – окуляры


Сменные окуляры вставляются в тубусы в верхней части микроскопа и имеют свое собственное фиксированное увеличение, например 10х, 16х, 25х. Чем выше увеличение, тем короче окуляр. Очкарикам типа меня надо держать в уме, что, в отличие от фотоаппарата, работа с окуляром микроскопа в очках крайне затруднена: окуляр должен практически прижиматься к глазу. Вынос зрачка (eye relief) у обычных окуляров составляет 7-13 мм, с очками нужны специальные окуляры с высоким выносом (15-20 мм). Однако это особой проблемы не составляет. В любом случае резкость в микроскопе подстраивается под глаз индивидуально. Даже с самой высокой близорукостью в микроскопе можно видеть резкое изображение. Неудобство только в том, что очки все время приходится снимать и надевать.

Окуляры могут быть широкофокусными (помечаются буквами WF, wide focus). Такой окуляр имеет большую ширину поля зрения, что заметно облегчает работу с широкими препаратами.
Также следует упомянуть линзу Барлоу (Barlow lens). Это дополнительная трехслойная линза, помещаемая в тубус оптического прибора перед окуляром и дающая небольшое дополнительное увеличение. Как правило, в комплекте поставки микроскопа можно встретить линзы Барлоу 2х. Это банальный маркетинговый трюк. Дешевые ахроматические стеклянные (или даже, упаси боже, пластиковые) линзы заметно ухудшают качество изображения, а потому при мощном увеличении бессмысленны. При низких же и средних сочетания объектива и окуляра вполне достаточно.

По количеству окуляров микроскопы делятся на классические монокулярные (один окуляр), бинокулярные (два окуляра, чтобы смотреть обеими глазами) и тринокулярные (третий тубус/порт обычно монтируется вертикально и служит для подсоединения фото- или видеокамеры).

Наиболее прост в использовании монокуляр. К нему очень легко привыкнуть, а проблему он создает единственную – сильную нагрузку на один глаз при расслабленном другом. При долгом использовании это может кончиться неприятными последствиями для зрения.

Бинокулярные микроскопы используются для обоих глаз сразу и создают стереоизображение. Они позволяют регулировать расстояние между окулярами для подгонки под свои зрачки. Также один из тубусов бинокуляра содержит регулировку, позволяющую компенсировать разницу в диоптриях между глазами. Следует держать в уме, однако, что создание цельного изображения при использовании бинокуляра гораздо сложнее, чем с монокуляром, к нему следует привыкать. Кроме того, регулировка имеет свои ограничения по расстоянию между зрачками, так что подстройка под ребенка может оказаться невозможна. Детский микроскоп следует брать монокулярный, да и для эпизодических любительских упражнений бинокуляр особо не пригодится.

Тринокулярные устройства выглядят эффектно и удобно, если речь идет о трансляции изображения наружу одновременно с работой. Однако следует учитывать, что не всегда все три порта могут использоваться одновременно. Встречаются решения, в которых, например, приходится выбирать между одним из глазных тубусов и третьим портом.


Рис. 7. Тринокуляр Omax M837ZL с вертикальным портом для камеры (фото производителя)

Оптическая система – заключение


Суммарная мощность биологического микроскопа вычисляется как произведение увеличений окуляра и объектива. Например, с объективом 40х и окуляром 10х общее увеличение составит 400х. Однако следует учитывать, что для стандартных ахроматических линз добиться четкого изображения на сверхмощном увеличении из-за законов оптики практически невозможно. Начиная с определенного момента, линзы будут только увеличивать уже видимые детали, но не добавлять новые. Максимальное эффективное оптическое увеличение составляет примерно 1500х, а то и меньше, в домашних условиях 1000х – практический потолок. Для более высоких разрешений применяются дорогие апохроматические линзы либо электронные микроскопы, что уже совсем другая песня.

Вообще 1000х – много это или мало? Размер золотистого стафилококка – около 1 мкм (1/1000 мм), амебы – 200-600 мкм, одноклеточной водоросли – около 40 мкм. Тысячекратного увеличения вполне хватит, чтобы разглядеть все это с подробностями. Так что не обращайте особого внимания на маркетинговые цифры максимального увеличения 2500-3000х, получаемого тупым перемножением максимальных мощностей объективов и окуляров. Установить вы его установите, только в результате получится как в песне «Сиреневый туман под линзой проплывает…»

При работе с препаратами также важна правильная установка диафрагмы конденсора. Узкая диафрагма повышает контрастность и резкость, но затемняет изображение. Широкая диафрагма пропускает больше света, но может сделать изображение пересвеченным и малоконтрастным, скрывая детали и даже целые объекты. Подбор диафрагмы для каждого препарата выполняется индивидуально.

На картинке ниже обратите внимание на вращающуюся головку микроскопа, позволяющую ориентировать окуляры в нужном направлении. Такая конструкция удобна при работе нескольких человек. Однако подстраивать резкость под свои глаза каждому все равно придется индивидуально.


Рис 8. Бинокулярный микроскоп Motic BA80 (фото производителя). Под столиком в центре хорошо виден конденсор, на столике – месяцевидный зажим для предметного стекла

Оптическая система – сопряжение микроскопа с компьютером


Подключение микроскопа к внешним устройствам, таким как монитор или компьютер, выполняется за счет установки специальной видеокамеры *вместо* окуляра или в выделенный порт тринокуляра. Следует держать в уме, что в этом случае теряется увеличение, даваемое окуляром, остается только увеличение объектива и нерегулируемых линз камеры. В параметрах камер обычно указывается только емкость ее матрицы (3, 5, 10 и более мегапикселей), оптическое увеличение остается тайной за семью печатями. Кроме того, поле зрения камеры существенно уже, чем у человеческого глаза.

Сама по себе камера может не распознаваться стандартными средствами Windows и приложений (и не надо – без микроскопа она полностью слепа), так что производители прилагают к ней специализированный софт. Он позволяет как делать фотографии, так и записывать видео. На рынке есть разные виды камер – от стареньких с разрешением 640х480 до современных с разрешением аж до 20 мегапикселей. Отличаются они также интерфейсами, что влияет на возможности записи видео в первую очередь (получение видеопотока с высоким FPS и разрешением через USB 2.0 будет затруднительно). Также камеры могут подключаться напрямую к монитору или иному устройству через HDMI, иметь WiFi-интерфейс и т.п.

Многие производители предлагают для своих микроскопов также и камеры, но никто не мешает купить камеру от другого вендора. Следует только учитывать, что диаметр тубуса у разных микроскопов может отличаться, так что следует удостовериться, что данная камера подходит для данного тубуса. Ну, или использовать переходники, которые тоже продаются. Стандартный диаметр для окуляра биологического микроскопа – 23,2 мм, стереомикроскопа – 30 и 30,5 мм.

Существуют также относительно дешевые насадки, позволяющие перенаправлять оптический поток из окуляра в объектив камеры смартфона. Плюс такого устройства – сохранение оригинального увеличения, поскольку монтируются они поверх окуляра. Минус – возможности получения и сохранения изображения ограничиваются невеликими возможностями смартфона. Ну, и поле зрения у такой камеры все равно уже, чем у глаза.


Рис. 9. Цифровая камера для микроскопа Puls Life Science DCM-310 (фото производителя)

Цены и производители


Цены на биомикроскопы можно найти самые разные. Те, что позиционируются для детей, попадаются и за 30-40 евро, однако следует помнить о возможных ограничениях типа фиксированного окуляра 10х, не поддерживающего установку камеры, отсутствия конденсора, а то и вообще подсветки, примитивном предметном столике и т.п. В Европе можно купить монокулярные микроскопы с тремя объективами, рассчитанные на энтузиастов и студентов, их ценовая категория – от 100 евро. Камера для микроскопа – от 50 евро (и далее в космос: двадцатимегапиксельная может стоит и семь сотен). Более профессиональные микроскопы – би- и тринокуляры со стократными объективами – стоят от 250 евро. Наконец, многие вендоры предлагают комплекты, специально рассчитанные на детей, студентов и энтузиастов. В них могут входить монокуляр входного уровня, простенькая видеокамера, базовый набор инструментов и предметных стекол и т.п. Цены на такие комплекты начинаются от полутора сотен евро.

К покупке следует обязательно добавить минимум один набор из предметных и покровных стекол (от 8-10 евро – учтите, это расходный материал), а также, по желанию, набор заранее подготовленных препаратов (крылья, ноги, хвосты, листики и подобные нехитрые препараты для вхождения в тему). Ну, а дальше – скальпели, пинцеты, микротомы, чашки Петри, пробирки, препараторские иглы и так далее, и тому подобное в зависимости от ваших увлечений. Также обязательно купите изопропиловый спирт (чем выше концентрация, тем лучше), кисточки, продувки, салфетки из микрофибры и т.п. – оптика имеет свойство пачкаться и пылиться, а даже отдельные пылинки на линзах микроскопа отобьются пятнами на изображении.

Учитывайте также, что цены на одни и те же товары на американском, английском и немецком Амазонах, не говоря уже про eBay, могут очень существенно различаться, так что после выбора модели стоит порыться на разных площадках в поисках цены пониже. Также можно искать микроскопы на Алиэкспрессе. Однако хотя там цены заметно ниже, чем в Европе, цена на доставку оказывается сопоставима с ценой самого микроскопа, что полностью лишает затею смысла.

Какой бренд выбрать? Поскольку оптика для микроскопов критично важна, на этом рынке отметились крупные мировые производители, связанные с оптикой – Олимпус, Цейс, Лейка, Никон и так далее. Однако цены на их устройства даже входного уровня, мягко говоря, не радуют, да и в розницу они могут просто не работать. Так что любителю стоит приглядеться к более демократичным вендорам, таким как Swift, Bresser, Omax или AmScope. Также можно приобрести отдельные объективы и окуляры, в том числе китайского производства (есть неплохие, судя по отзывам), но в этом случае нужно удостовериться что они совместимы с микроскопом. Европейский стандарт, определяющий резьбу и прочие механические и оптические параметры, называется DIN.

Немного практики. Игрушка в реальности


После месяца мучительных раздумий, в которых детское «хочу!» отчаянно боролось с взрослой скупостью и рационализмом, я остановился на бинокуляре Swift 350B. Почему? Ничего особенного: микроскопы Swift при умеренных ценах имеют качество, подходящее даже для лабораторных условий. Плюс на осенней распродаже на английском Амазоне эта модель продавалась всего за 160 фунтов. Чтобы два раза не вставать, вторым компонентом покупки стала трехмегапиксельная камера Swift стоимостью 80 фунтов.

Выглядит комплект поставки микроскопа примерно так:

Четыре объектива (4х, 10х, 40х и 100х) уже установлены в револьверное кольцо, наборы окуляров (10х и 25х) вложены отдельно. Обратите внимание на пустую вертикальную выемку над головкой и два пустых гнезда – упаковка универсальна и рассчитана в том числе на тринокуляры. Шнур/гнездо питания – C13/C14, блок питания встроен в основание. В комплект входит простенький пластиковый чехол а-ля «мешок мусорный обыкновенный».

В сборе и с подключением к ПК выглядит так (на мониторе – транслируемое с микроскопа изображение пчелиной ноги):

Теперь посмотрим, как выглядят образцы с разным увеличением при трансляции с камеры. Начнем с препарата листа флокса (поперечный срез) из продаваемого набора образцов. Использованы объективы 4х, 10х, 40х и 100х (без масла).


(4х)


(10х)


(40х)


(100х)

Как видно, без иммерсии стократный объектив ничего внятного не показывает. Сорокакратный показывает, но из-за малой глубины резкости приходится выбирать, какой слой препарата рассматривать. Поскольку вместо окуляра использована оптика камеры, финальное оптическое увеличение я определить затрудняюсь. Для сравнения: на снимке ниже то, что видит камера сотового телефона через окуляр 25х и объектив 4х (итоговое увеличение 100х). Снималось с рук, поскольку держатель для телефона я не купил, отсюда обрезанность по бокам.

Можно предположить, что камера дает увеличение 20-25х, но какова его часть оптическая, а какова цифровая, определить сложно.

Второй препарат – сделанный самостоятельно. Просто капля воды из кухонной раковины под покровным стеклом без какой-либо подготовки. Объективы те же: 4х, 10х, 40х.


(4х)


(10х)


(40х)

Обратите внимание на радужную кайму по границе капли (дугообразная черная линия на втором и третьем снимках). Если на 4х аберраций не видно никаких, то на 10х уже появляется слабое искажение цветов на границах объектов. На 40х радуга становится настолько заметной, что отчетливо видна даже на снимке камеры и заметно ухудшает резкость. Именно для ликвидации такого эффекта стократные объективы погружают в масло.

Для сравнения: что видит камера смартфона через окуляр при с комбинацией 4х * 25х:

Напоследок пара слов о стеклах. Препарат, помимо наблюдаемого объекта, состоит из толстого предметного стекла и тонкого покровного. Предметное стекло кладется на столик, покровное обращено к окуляру. Следует быть чрезвычайно осторожным при работе с покровными стеклами: при толщине 0,13-0,17 мм они имеют весьма острые грани, несмотря даже на специальную их обработку. При неаккуратном обращении они могут запросто распластать вам палец, а то и сломаться в ране. Ни в коем случае не позволяйте работать с ними малым детям, да и подростков тоже следует проконтролировать на начальном этапе.

По окончании работы с препаратом следует либо как следует очистить и обезжирить стекла. Остатки жира и масла приведут к тому, что капля будет не растекаться по стеклу, а разбиваться на еще более мелкие капли, затрудняя рассмотрение. В лабораториях применяются разные методы обезжиривания, но они небезопасны и требуют специальных химикатов, зачастую ядовитых, и оборудования типа вытяжек. В домашних условиях наиболее простой способ – изопропиловый спирт либо получасовое кипячение на медленном огне в растворе 2-5% растворе пищевой соды (примерно чайная ложна на 100 мл). Грязное покровное стекло, скорее, проще выбросить – оно слишком хрупкое и легко ломается. Да и за предметные стекла тоже особо держаться не стоит – это дешевый расходный материал. Иммерсионные объективы от масла чистятся так же, как и любая другая оптика: изопропиловым спиртом на микрофибре.

На этом введение в основы оптической микроскопии закончены. Успехов в самостоятельном плавании.

Let's block ads! (Why?)

[Перевод] История создания Dizzy

Оставленный без внимания профильными изданиями, но любимый игроками, Диззи был феноменом среди блокбастеров в Великобритании середины 80-х. А история о том, как улыбающееся яйцо три года доминировало в топах программного обеспечения, — это наглядный пример «программирования в спальне», доведённого до абсолюта.

Близнецы Оливеры, только что освоившие новенький BBC Micro (один из ранних домашних компьютеров), приняли участие в конкурсе детской телепередачи The Saturday Show по созданию видеоигры. Они победили, оказавшись единственными, кто прислал настоящую игру, а не набросок, нарисованный мелком. Позже братья продали свою Gambit компании Acornsoft за 200 фунтов.

Обнаружив, что видеоигры могут приносить деньги, Эндрю и Филип Оливеры потратили следующий год на написание программ для различных издателей — сначала на своём BBC, а затем перешли на Amstrad (другой домашний компьютер). Затем, в сентябре 1985 года, братья посетили первую в истории ECTS (Европейскую компьютерную выставку), где познакомились с Ричардом и Дэвидом Дарлингами. Будущим основателям Codemasters требовались программисты-фрилансеры. «Их предложение заключалась в том, что если мы напишем для них игру, то получим 10 тысяч фунтов», — вспоминает Филип Оливер. — Но было одно условие: игра должна выйти к Рождеству». Поэтому братья поспешили домой и за шесть недель написали платформер Super Robin Hood. А продано было 100 тысяч копий игры.

image

image

Во время работы над следующей игрой для Codemasters — Ghost Hunters, Филип начал прорабатывать основной дизайн персонажа, которым стал Диззи. Как он объясняет: «Я сидел и работал над главным героем Ghost Hunters — рисовал его лицо. Но у меня было только три пикселя в высоту, четыре пикселя в ширину и четыре цвета. Особо тут не разойдёшься, поэтому мне стало скучно, и я начал набрасывать идеи. Мне пришло в голову, что на самом деле нам нужно, чтобы игрок проявил сочувствие к персонажу, и единственный способ — если он сможет видеть его лицо. Я подумал: лицо должно стать размером с персонажа. И мы сделали его максимально большим — мы могли отрисовать что-то вроде 32 пикселей в ширину и примерно 48 пикселей в высоту, и при этом быстро перемещать его. Разумеется, не было смысла пытаться создать реалистичного человека — в таком случае нужен мультяшный персонаж. Мы нарисовали глаза, рот и нос, приклеили пару ног. Руки всегда выразительны, поэтому мы их тоже наклеили. На то, чтобы придумать дизайн Диззи, ушло буквально полчаса».

image

Ghost Hunters вышла с более реалистичным главным героем — человеком. Но близнецы не стали выбрасывать свои наработки с яйцевидным персонажем. Они начали придумывать игровую вселенную, подходящую для этого героя. Эта творческая свобода в то время была нормой для программистов Codemasters. В ранние годы разработчиков брали на внештатной основе. Это обычно означало, что команда из одного или нескольких человек программировала игры из дома. Вдобавок к этому только программисты отвечали за свои проекты. Как говорит Эндрю: «Они никогда не заказывали что-то конкретное, и вам не надо было дожидаться утверждения. Вы писали игры и отправляли им готовый продукт».

С помощью Диззи Филип и Эндрю решили создать «невероятное мультяшное приключение» (Dizzy: The Ultimate Cartoon Adventure). Будучи популяризаторами, они хотели охватить массовую аудиторию, которая в то время была молода и неопытна в технологиях. Поэтому братья решили создать тематическую головоломку/платформер/приключенческую игру на основе сказок.

«Сказки известны и богаты на материал, их знают во всём мире, — утверждает Филипп. — Наша основная механика игрового процесса заключалась в том, чтобы взять предмет и отнести его туда, где можно использовать. Очевидно, что такое уже делали раньше, но это было завязано на ключах от запертых дверей, и я считаю это довольно скучным занятием». Таким образом, старая механика расцвела в сказочном мире. Волшебный боб, брошенный в нужном месте, вырастал в бобовый стебель, чтобы обеспечить доступ к высокой платформе. Непроходимую гигантскую крысу можно было увести, играя на дудке, взятой у Крысолова.

image

Процесс производства игры был уникальным для того времени. Как говорит Филип: «Мы разделили задний план и передний план, поэтому один из нас делал декорации, а другой брал всех движущихся персонажей».

К тому времени у ZX Spectrum был гораздо больший рынок, чем у Amstrad, поэтому Dizzy была разработана под эту систему. Братья ненавидели клавиатуру «Спектрума», поэтому писали игру на своих «Амстрадах», попросив друга — специалиста по электронике, — сделать кабель, способный передавать данные на Spectrum через порт для принтера. «Обе машины работали под управлением Z80, они были очень похожи. У них были немного разные графические форматы, но, поскольку мы создавали графику в небольшом редакторе, то просто добавили некоторые параметры для сохранения в форматах Spectrum и Amstrad. В дальнейшем мы делали то же самое с Xbox, GameCube и PS2», — объясняет Филип.

image

image

У Amstrad были и другие преимущества, помимо приличной клавиатуры. У машины имелся отличный дисковод, обеспечивающий произвольный доступ, высокую скорость и надёжность. Также к ней был выпущен дополнительный чип MAXAM, который можно было подключить к порту расширения на задней панели машины. Он стоил 80 фунтов и давал возможность писать на ассемблере для Z80 и компилировать его в машинный код. Это главная из причин, почему Оливеры могли так быстро делать игры — они не были привязаны к медленной и ненадежной магнитофонной системе записи в «Спектруме».

Братья также разработали технологии дизайна и программирования, чтобы придать Dizzy особый вид. «Мы создали фон из 255 спрайтов нестандартного размера, около 50 из которых были алфавитом и цифрами. Наш редактор позволял размещать любые спрайты в любом месте экрана с попиксельной точностью, с возможностью смешивания и перекрытия других объектов. Чтобы нарисовать дерево, мы накладывали несколько кусков ствола друг на друга, а затем добавляли несколько случайно расположенных «шаров» листвы. Всё, дерево готово. Наша программа позволяла переворачивать спрайты по горизонтали и вертикали, что помогло сделать вещи более уникальными и менее повторяющимися. Благодаря этому игры серии Dizzy выглядели довольно органично и сильно отличались от других проектов того времени, в которых использовались выровненные графические блоки 8×8. С помощью нашей технологии можно было заполнить весь экран, затратив меньше памяти, что позволяло нам создавать большие и интересные карты, которые способствовали успеху Dizzy».

Кстати, своё имя Диззи получил из-за того, что яйцевидный герой Оливеров крутит сальто во время прыжков. Акробатика в игру была добавлена ровно по одной причине — редактор братьев умел плавно вращать спрайты, и они обожали пользоваться этой фишкой.

image

image

Первая часть Dizzy, выпущенная в 1986 году, поднималась в чартах продаж довольно медленно. Впрочем, на игру работало сарафанное радио. «Она вышла, как и любая другая игра Codemasters в то время, без рекламы и рекордных продаж, хотя компания и получала тысячи писем от довольных фанатов. Другие игры Codemasters продавались в течение месяца после выхода, а затем про них забывали. Но Dizzy держалась на плаву очень долго. И год спустя, когда мы закончили Treasure Island Dizzy, первая часть всё ещё была в чартах. И когда мы выпустили новый проект, он сразу попал в топ».

image

image

С этого момента близнецы Оливеры превратились в конвейерную линию из двух человек, создавая игру за игрой и укладываясь в шесть недель на каждую. В Fantasy World Dizzy (третьей игре серии) они придумывали по две карты в день, рисуя их на бумаге, прежде чем написать код. Игра была завершена в течение месяца. В 1986 году на долю братьев приходилось семь процентов всех игр, выпущенных в Великобритании, и по их оценкам в следующем году около 50 процентов продукции Codemasters содержало их имена в титрах.

В этот напряженный период середины 80-х Оливеры часто занимались программированием по 20 часов в день, семь дней в неделю. Они стали экспертами по «выдаиванию» игровых франчайзов. Позже, после выхода первых игр про Диззи, братья занялись другими проектами Codemasters, такими как Advanced Pinball Simulator и Jet Bike Simulator. Как объясняет Эндрю: «Чтобы избавиться от скуки, мы делали игру серии Dizzy, потом брались за игру-симулятор, затем снова возвращались к Диззи, после — ещё один симулятор. А время от времени создавали что-то вроде 3D Starfighter».

image

Codemasters выпустила около 14 игр серии Dizzy на множестве платформ. Игровой процесс был схожим во всех играх (кроме таких ответвлений, как Fast Food — клона Pac-Man и Dizzy Panic — головоломки в стиле «Тетриса»). Высокие оценки игры получали уже редко, но серия сохраняла хорошие продажи. Dizzy была самым прибыльным франчайзом компании до появления Micro Machines, помогая ей пережить судебные споры с Nintendo и Sega. По иронии судьбы единственная игра, удостоенная хоть какой-то индустриальной награды, — The Fantastic Adventures of Dizzy 1991 года для NES, — это последняя часть, выпущенная Оливерами. Когда Codemasters погрязла в судебном процессе с Nintendo из-за выпуска чит-устройства Game Genie, братья поняли, что это помешает разработке игр, и вскоре ушли, сделав ещё пару частей Dizzy, которые были опубликованы только относительно недавно (в 2015 году Оливеры выпустили Wonderland Dizzy, а в 2017-м — Mystery World Dizzy: все они доступны бесплатно в интернете).

В 1991 году братья основали свою собственную студию Interactive Studios, которая в 1999 году сменила название на Blitz. Blitz Games закрылась в 2013 году, но в октябре того же года Оливеры вместе с давним другом и коллегой Ричардом Смитисом основали Radiant Worlds, чтобы разработать SkySaga: Infinite Isles для корейской компании Smilegate. SkySaga была амбициозной онлайн-игрой на основе вокселей, основанной на оригинальной концепции, разработанной членами команды Blitz Games Studios. В августе 2017 года Smilegate приостановила разработку SkySaga, а Оливеры и Смитис выставили свою компанию на продажу. В январе 2018 года британский разработчик и издатель игр Rebellion приобрёл компанию и переименовал её в Rebellion Warwick. Близнецы оставались в Rebellion до февраля 2019 года, после чего ушли, чтобы основать игровой консалтинговый бизнес.

image

В мае 2017 года Оливеры объявили, что будут работать над новой игрой Dizzy — первой за более чем 20 лет. В видео для проекта ZX Spectrum Next на «Кикстартере» они сказали, что игра будет вдохновлена классической книгой «Волшебник страны Оз» автора Л. Фрэнка Баума и будет называться Wonderful Dizzy. Делают её, кстати, преимущественно российские разработчики, который незадолго до того выпустили замечательный ремейк Crystal Kingdom Dizzy для ZX Spectrum.

image



Статья была взята из журнала Edge Special Retro 02/2003, переведена и немного дополнена.
Изначально выкладывал материал на ресурсе Идеальный Пиксель — сайт понравится всем фанатам ретро-игр и старых компьютеров.

Let's block ads! (Why?)

Попытка использовать Raspberry Pi 4 в качестве десктопа: результаты и впечатления

Привет, Хабр.

С момента появления Raspberry Pi 4 стало значительно больше желающих использовать этот микрокомпьютер в качестве основного ПК. Вычислительная мощность Pi4 стала уже весьма неплохой, да и полноценный Linux «на борту» звучит многообещающе. Меня давно интересовала возможность использования портативного и бесшумного ПК для несложных задач вроде набора этого текста, где «настоящий» десктоп избыточен, а планшет неудобен. Я купил топовую модель Raspberry Pi 4 c 8 Гб памяти — настала пора проверить, как это работает.

Для тех, кому интересно что из этого получилось (спойлер — работает пока далеко не всё), подробности под катом.

Зачем это надо?


Разумеется, мотивация использования Raspberry Pi может быть разной. Кому-то может пригодиться недорогой Linux-десктоп для обучения. У кого-то может вообще нет денег на полноценный ПК. Мне же давно хотелось иметь 100% бесшумный и потребляющий мало электроэнергии компьютер для использования в качестве медиа-центра и «пишущей машинки». Я уже описывал опыт использования Samsung DeX в качестве десктопа, и опыт в целом оказался весьма положительным — для набора текстов и просмотра видео на большом экране мощности моего Galaxy S10 вполне хватает. Но количество софта под Android, способного полноценно работать в десктоп-режиме весьма ограничено, да и не каждый сайт корректно отображается под Android в десктоп-режиме. Например, здесь на Хабре нет всплывающих подсказок у иконок форматирования текста и комментариев, видимо программисты сайта не учитывали что кто-то на Android будет использовать мышь.

Но DeX это все же Android. Другое дело linux — полная свобода в плане установки любых библиотек, компонентов, полноценная консоль, USB, GPIO и работа с «железом». Звучит многообещающе, посмотрим как это работает.

Перед началом напомню, что для полноценного использования Raspberry Pi в качестве десктопа нужно хорошее охлаждение. Т.к. я принципиально не хотел иметь кулер, был куплен вот такой корпус;

Корпус показал себя хорошо в плане отвода тепла, даже при продолжительной нагрузке ни перегрева ни зависаний не было.

Как известно, недавно вышла версия Ubuntu для Raspberry Pi, и её мы тоже протестируем. Но для начала стало интересно посмотреть старый добрый Raspbian, который знаком любителям DIY уже много лет.

Первые впечатления


Сначала напомню характеристики Raspberry Pi 4:
  • процессор Quad core Cortex-A72 (ARM v8) 64-bit SoC @ 1.5GHz
  • память 2/4/8GB LPDDR4-3200 SDRAM
  • WiFi 2.4/5.0 GHz, Bluetooth 5.0, BLE
  • порт Gigabit Ethernet
  • 2 порта USB 3.0; 2 порта USB 2.0.
  • поддержка 2х мониторов, разъемы micro-HDMI (разрешение до 4kp60)
  • поддержка H.265 (4kp60 decode), H264 (1080p60 decode, 1080p30 encode)

По описанию, все неплохо. Но первый же запуск показал, что работает система весьма небыстро. Решение простое — частоту процессора нужно повысить. По умолчанию ОС работает в «щадящем» режиме, т.к. Raspberry Pi поставляется без радиатора и без кулера, и в противном случае система будет просто повисать. Решение: редактируем файл config.txt командой sudo nano /boot/config.txt и раскомментируем две строчки:
over_voltage=2
arm_freq=1750

После этого все стало заметно приятнее. Web-бенчмарк показал прирост 36 до 48 «условных единиц».

Недостаток, который доставляет неудобства — отсутствие у Raspberry Pi кнопки питания и спящего режима. Если система выключена, включить её можно лишь перетыканием блока питания. Перевести систему в «спящий режим» тоже нет возможности, никакой системы управления питанием на плате нет.

Браузер


С браузером все оказалось не так просто. Во-первых, вместе с Raspbian поставляется браузер Chromium. И Chromium != Chrome. Я не знаю, может ядро у них и одинаковое, но в некоторых новостных сайтах не открывалось видео, а Amazon Prime вообще отказался работать, выдав сообщение о несовместимом браузере. Само окно с фильмами открывается нормально:

А вот при попытке проиграть что-либо выдается сообщение об ошибке:

Попытки подменить User Agent ни к чему не привели, ошибка выдавалась в другом месте.

Youtube открывается нормально, но при воспроизведении звука были слышны щелчки. Вроде такого не должно быть, ведь производители Raspberry Pi 4 обещали поддержку до 4К. Как оказалось, это известная проблема в Linux при воспроизведении звука через HDMI, и решается правкой файла /etc/pulse/default.pa. После чего звук стал нормальный.

Прочие сайты, например Gmail и Google Docs работают, хотя и не быстро.

Редактирование текста здесь на Хабре работает без проблем, а вот вставка картинок в буфер habrastorage не работает.

Бенчмарк web.basemark.com работал довольно долго, и в результате выдал оценку 64.8 «попугаев»:

Для сравнения, последний Microsoft Surface X выдает в том же тесте 457 — разница практически соответствует разнице цены устройств.

В комментариях был вопрос про скорость WiFi, вот такие результаты показывает SpeedTest:

Программирование


С программированием все можно сказать, неплохо. Конечно, профессиональный десктоп Raspberry Pi 4 не заменит, но в принципе, практически все языки и библиотеки, от Python до Fortran можно запустить на Raspberry Pi.

Для Python кстати, есть простой но удобный редактор Mu:

Для совсем маленьких доступен Scratch:

Что касается самого Linux, консольных команд, bash и прочего — все работает стандартно и «как положено», никаких сложностей тут нет. Пример отображения загрузки системы в htop при запущенном браузере и нескольких программах.

Загрузка ядер ЦП как можно видеть, невелика, однако воспроизведение видео в браузере повышает её примерно до 70%.

В общем, для обучения программированию или для какого-то мини-сервера или просто для обучения и экспериментов с linux Raspberry Pi подходит весьма неплохо. И даже отсутствие диска здесь скорее плюс — даже если система «запорота» полностью, SD-карту можно вытащить и за 5 минут залить образ заново.

Заключение


Текст этой статьи набран на Raspberry Pi. Пока что впечатления от устройства двойственные. С одной стороны, по сравнению со старыми моделями прирост производительности весьма неплохой, и систему в принципе почти на 100% можно использовать. С другой стороны, пока работает еще не все, хотя можно надеяться что будущие обновления исправят часть проблем. И наконец, было бы странно требовать очень многого от ПК ценой 50$ — по соотношению цена/качество систему можно считать весьма неплохой.

Во второй части я протестирую версию Ubuntu на Raspberry Pi.

Let's block ads! (Why?)

NGD выпустила 12 ТБ SSD со встроенным 4-ядерным ARM-процессором


Несмотря на то, что стоимость SSD за последние несколько месяцев упала примерно на 10%, производители продолжают выпускать новые системы. Так, компания NGD представила накопитель емкостью в 12 ТБ. Его особенность — не столько объем памяти, сколько собственный 4-ядерный процессор.

Он используется для взаимодействия с флеш-памятью, а также для шифрования, компрессии, индексации, поиска данных, плюс перекодирования медиафайлов. NGD System выпустила этот SSD в форм-факторе E1.S. Эта система предназначена, конечно, не для пользовательских, а для корпоративных устройств.
Ранее компания выпустила несколько подобных SSD, но их емкость была ограничена 8 ТБ, а среди форм-факторов были лишь M.2. Правда, компания выпустила еще одну модель — более емкий вариант U.2 с емкостью до 32 ТБ. Поэтому новая система заняла промежуточную нишу.

Что касается процессора, то его архитектура — ARM, он способен обеспечивать работу Ubuntu Linux и Docker.


Что касается характеристик, то скорость линейного чтения составляет 1,6 Гбайт/с, случайные операции — 128 000 IOPS, 200 000 IOPS в случае случайной записи блоками 4К. Флеш-массив набран разработчиками памятью 3D TLC, интерфейс же ограничен возможностями PCIe 3.0. Что касается объема, то 12 ТБ — это чистая емкость. Системе доступно только 9,6 ТБ. Если говорить о менее емкой модели объемом в 6 ТБ, то системе в этом случае доступно только 4,87 ТБ.

SSD с процессором позволяет взять на себя большой объем нагрузки при работе в сетевых системах, так что ресурсы этих систем могут быть использованы для решения иных задач, что повышает общую эффективность работы дата-центра.

Let's block ads! (Why?)

Представляем Quarkly – инструмент для react-разработчиков и дизайнеров, который поможет оптимизировать вашу разработку

Всем привет! Идеологически Quarkly – это проект, который призван упростить жизнь веб-разработчикам и веб-дизайнерам. В этом посте я коротко расскажу, за счет чего это возможно.

Прежде всего, давайте посмотрим, как выглядит типичный цикл разработки веб-приложения в 2020 году? Есть команда. В этой команде есть дизайнер и разработчик. Первый создает дизайн-спецификацию в Figma. Второй, на основе дизайн-спецификации, создает компоненты, переносит тему. Результат своей работы программист показывает дизайнеру в Storybook. Дизайнер его проверяет и утверждает проект, если всё хорошо. Далее он начинает создавать макеты, а разработчик верстает их при помощи компонентов из спецификации.


Для наглядности построим всё в виде списка:


  • Создание спецификации в Figma;
  • Настройка окружения для разработки;
  • Создание ui-kit;
  • Аппрув;
  • Создание макета в Figma;
  • Верстка;
  • Настраиваем сборщик;
  • Получаем веб-приложение.

А теперь представьте, что вы оптимизировали процессы, и получилось так:


  • Дизайнер создает спецификацию и макеты, а разработчик помогает дописать логику (последнее нужно не всегда, т.к. есть скелетные компоненты);
  • Получаем приложение в один клик.

Всё это доступно уже сейчас с помощью Quarkly!

Работая над нашим продуктом, мы очень хотели, чтобы процесс создания сайта или приложения стал действительно простым, при этом на выходе получался конкурентоспособный проект с чистым и читаемым кодом.

Quarkly позволяет создать сайты и веб-приложения как при помощи мыши, так и при помощи кода – вам доступны все плюсы интерактивного редактирования, но в любой момент вы можете открыть редактор кода и отредактировать код вашего приложения вручную, и всё полностью синхронизируется.

Создание простого блока в Quarkly


Design tool + IDE + Module builder + Publisher

Дизайнеры работают с Quarkly так же, как привыкли делать это в Figma, – интерфейс им будет довольно знаком. Для программистов же доступен механизм сборки модулей со всеми прелестями: hmr, npm-модули.

Результат вашей совместной работы синхронизируется с гитхабом (куда же без версионирования) и публикуется на Netlify нажатием одной кнопки.

Помимо всего прочего, проект в любой момент можно экспортировать как create-react-app или в Gatsby.

Из коробки вы получаете все необходимые оптимизации, важные для современного веба. Без единой строчки в bash.


Что под капотом Quarkly

Если коротко, наш проект базируется на всем известных инструментах, например React. Это выглядит вполне логично – мы в Quarkly пропагандируем удобство, скорость и функциональность React.

На роль стейт-менеджера мы выбрали MobX. Горячо советую присмотреться к нему тем, кто по какой-то причине этого пока не сделал. С его помощью мы смогли очень заметно увеличить скорость нашей разработки. Также мы разработали для него свой аналог Logux, но только чуть мощнее (Undo, Redo и версионирование). В будущем мы планируем выложить исходники этого модуля на GitHub и рассказать про него подробнее.

Стили пишем при помощи css-modules – если говорить про статические, а вот динамику – при помощи нашей библиотеки Atomize.

Сборщик – тут всё просто – Webpack (CRA), но с оговоркой: за сборку пользовательских модулей отвечает сборщик, который мы разработали сами. Опять же, если есть интерес, можем рассказать про него отдельно.

Одна из наших фишек – кодогенерация. Тут, по традиции, собственная разработка, которая базируется на Babel, но сильно пропатчена часть принтинга кода.


Немного о будущем

Наша глобальная цель – создать удобный инструмент, который оптимизирует полный цикл разработки сайтов и приложений. Мы работаем над понижением порога входа и повышением уровня абстракции, чтобы каждый мог создать свой сайт и сделать это современно.


P.S.

Одной из важных задач, которые мы ставим перед собой на ближайшее время, является формирование комьюнити. Если нам удалось вас заинтересовать – приглашаем в наше сообщество в телеграме @quarklyapp.

Также сегодня мы запускаем открытую бету и выходим на голосование на Product Hunt. Будем рады, если поддержите нас. Отдать голос за Quarkly можно по ссылке.

Let's block ads! (Why?)