RKN als erste deutsche DIY-BioTechnology Community

[Michael H.W. Weber]

Mikrotiterplatten.
Arduino.

Michael.

[Dunuin]

Ein Arduino ist auch nichts weiteres wie ein Atmel Microcontroller mit verschienener Peripherie. Muss man sich halt weniger mit Elektronik auskennen, weil man da einfach fertige Module kauft und zusammensteckt. Ich persönlich bastel mir die Schaltungen mit einem Atmel einfach immer selbst. Wäre aber nicht die schlechteste Idee, wenn man nicht groß entwickeln sondern eher schnell was zusammenstecken will. Wenn ich mir einen Code mit Basic oder Assambler für einen AVR schreibe, lässt sich das natürlich ohne großen Aufwand auch auf dem Arduino benutzen.

Wenn man richtig große Projekte hat, dann wäre aber ein ARM eher was. AVRs (also auch Arduinos) sind halt langsamer und haben nicht so viele Hardwarefunktionen (kein USB, kein LAN, kein Bluetooth, nur 3 Timer, nur 8 Bit also komplizierter bei größeren Werten etc), kosten aber auch kaum weniger. Ist ungefähr so als würde man einen Intel i7 mit einem C64 vergleichen, wobei der Intel 20? kostet und der C64 immer noch über 10?.
Bisher haben mir die AVR aber immer gereicht. Braucht man doch mal Bluetooth oder sowas, dann muss man das halt selbst implementieren und extern erweitern. Gehen einem die Pins aus oder braucht man mehr Timer, dann bildet man halt ein NEtzwerk aus 2 oder mehr AVRs. Dann hat man ja praktisch sogar Multitasking und das ganze ist auch weniger anfällig für defekte, wenn nur ein Teil der Steuerung abschmiert.

[Torbjörn Klatt]

[...]AVRs (also auch Arduinos) sind halt langsamer und haben nicht so viele Hardwarefunktionen (kein USB, kein LAN, kein Bluetooth, nur 3 Timer, nur 8 Bit also komplizierter bei größeren Werten etc)[...]

Kleine Randnotiz: Einige Arduino-Boards haben einen USB-Anschluss, einige gar LAN. Bluetooth gibts als Aufsatz. Ebenso WLAN.

Mit einem Arduino lässt sich so ein Pippetierroboter sicherlich gut bauen. Immerhin gibt es ja schon die ausgefeiltesten 3D-Drucker auf Arduinobasis. Von solchen 3D-Druckern lässt sich dann auch bestimmt das Gestell und Gerüst für den Bewebungsaparat abgucken. Oder man kauft sich für den ersten Versuch mal so einen 3D-Drucker-Bauset und schaut, wie gut man das abändern kann. Sollte ohne weiteres möglich sein.

[Michael H.W. Weber]

@Dunuin: Ich habe von Elektronik leider kaum Ahnung. Hättest Du nicht konkret Lust, mitzuhelfen einen solchen Pipettierroboter zu bauen?

Immerhin gibt es ja schon die ausgefeiltesten 3D-Drucker auf Arduinobasis. Von solchen 3D-Druckern lässt sich dann auch bestimmt das Gestell und Gerüst für den Bewebungsaparat abgucken. Oder man kauft sich für den ersten Versuch mal so einen 3D-Drucker-Bauset und schaut, wie gut man das abändern kann. Sollte ohne weiteres möglich sein.

...kannst Du dazu vielleicht noch ein paar Links liefern?

Michael.

[Torbjörn Klatt]

http://reprap.org/wiki/Main_Page

OpenSource 3D-Drucker. Man brauch sich eigentlich nur einen kaufen, denn hat man einen, kann man sich alle weiteren selbst drucken und bauen

Ließen sich sicherlich dann auch die bestehenden Modelle etwas abändern und man druckt sich den OpenSource-High-End-High-Throughput-DIY-Pipettierroboter selber

Der Shackspace in Stuttgart hat so einen. Ich weiß leider nicht, welches Modell. Vielleicht kann hornig ja Kontakt aufnehmen und die Jungs mal fragen, ob die uns zu Materialkosten+Spende einen 3D-Drucker drucken.

[Dunuin]

@Dunuin: Ich habe von Elektronik leider kaum Ahnung. Hättest Du nicht konkret Lust, mitzuhelfen einen solchen Pipettierroboter zu bauen?

Ich hätte immer nur mal ein so Stündchen nach der Arbeit Zeit, wo ich dann basteln könnte. Da müsste man es dann modular aufbauen und sich auf ein Protokoll für z.B. I2C einigen. Dann könnten da verschiedene Leute an einzelnen Modulen basteln und am Ende würde man die kombinieren. Wohnen hier ja alle weit von einander entfernt.
Z.B. Schnittstelle PC->Arduino, Stromversorgung, zentrale Steuereinheit, Pipette und Saugvorichtung, Bewegung des Arms, PC-Software, ...

Da siehst du z.B. so einen Arduino 3D-Drucker in Aktion:
http://www.youtube.com/watch?v=FYv2axrA ... re=related

[Michael H.W. Weber]

Ja, also ich denke hier wird man wohl schon die komplette Elektronik nebst Software zur Steuerung als Vorlage nehmen können. Die Frage ist, mit welcher Auflösung kann die Kiste einen Punkt im Raum ansteuern? Präzision? Man müßte die Plastikschmelzdüse ja im Grunde nur durch die Pipettiereinheit ersetzen...

Michael.

P.S.: Ich habe in den USA Proteinmodelle gesehen, die in Harvard mit solch einem Drucker erstellt wurden. Ich muß gestehen, dass sie mich qualitativ nicht überzeugt haben, weil für solche Moleküle extreme Details herausgearbeitet werden müssen, aber es kann sein, dass da ältere Drucker-Modelle im Einsatz waren.

[Dunuin]

Die Auflösung ist sicher von verschiedenen Faktoren abhängig.

Da arbeiten Schrittmotoren die einen Keilriemen antreiben. So ein Schrittmotor macht pro Takt immer einen festen Schritt um X Grad in eine Richtung. Je weniger Grad pro Schritt, desto genauer ist ist Abstufung. Leider werden die Motoren da auch mit zunehmener Genauigkeit immer komplexer und somit größer und teurer.
Das Zweite ist die Übersetzung. Je kleiner das Zahnrad an der Schrittmotorwelle ist und je größer das Zahnrad ist, welches den Schlitten antreibt, desto mehr Umdrehungen braucht der Motor für die gleiche zurückgelegte Strecke des Schlittens. So kann man praktisch per Übersetzung beliebig die Genauigkeit erhöhen, wobei sich das Arbeitstempo aber auch um den gleichen Faktor verlangsamt.
Dann kommt noch die Kalibrierung hinzu und der Drift. Man schätzt ja nur die zurückgelegte Strecke des Schlittens anhand der Umdrehungen des Motors, ohne den wirklich zurückgelegten Weg zu messen. Wenn da der Keilriemen etwas beim Anfahren rutscht, dann stimmt der reale Weg ja nicht mehr mit dem über die Umdrehungen geschätzen Weg überein. Auch leiert der Keilriemen mit der Zeit aus und die Zahnräder nutzen sich ab. Beides verfälscht dann natürich die geschätze Strecke.
Da wären Linearschrittmotoren z.B. klar im Vorteil, weil die auf anfällige Dinge wie Keilriemen verzichten und da kaum etwas driften dann. Eine Mutter auf einem Schraubengewinde kann ja auch nicht einfach nach Vorne oder Hinten rutschen. Die sind dann aber noch viel langsamer und kosten dann definitiv im 4-stelligen Eurobereich.
Den durch Verschleiß verursachten Drift kann man natürlich zum Großteil durch ein Kalibrierungsverfahren herausrechnen. So könnte man z.B. den Schlitten von einem Ende zum anderen Ende der Schiene fahren lassen und das Erreichen der Enden wird dadurch erkannt, indem da der Schlitten gegen Mikrotaster fährt. Dann muss man nur die Schritte des Motors zählen, welche benötigt werden, um von einem Taster zum anderen Taster zu kommen. Wenn man dann die Strecke genau kennt, kann man ja ausrechnen, wieviele Schritte man pro Millimeter benötigt.
Und dann könnte man natürlich noch den echten zurückgelegten Weg messen, anstatt da nur zu schätzen. Der Schlitten könnte z.B. wie eine Lasermaus die Schiene abtasten und so den echten Weg messen. Oder man könnte auch verschiedenste Sensoren verwenden und die dann über einen Kalman-Filter fusionieren.

Also Optionen gibt es da viele. Aber generell gilt wohl:
Je genauer desto langsamer und teurer.

[Dunuin]

Eine Zentrifuge braucht ihr auch noch?

Eine Motorsteuerung über H-Brücke mit Unwuchterkennung, Timer, sanftem Anlauf, LCD und Regelung der maximalen Drehzahl dürfte gut hinzubekommen sein. Im Idealfall wäre das ganze dann noch in einem luftdichten Stahlkessel untergebracht wo man Vakuum erzeugen kann, damit höhere Drehzahlen erreicht werden können (umgebauter Dampfkochtopf, sofern der nicht nur Überdruck abkann?).
Problem sehe ich aber in dem Rotor mit der Halterung für die Reagenzgläser. Ich habe hier zwar Schweißgerät, Sägen, Bandschleifer, Drehmaschine, Bohrmaschine, Fräse etc aber alles nicht computergestützt. So rein nach Augenmaß bekomme ich da aber sicher keinen ausgewuchteten Rotor hin. Bei eBay wollen die schon für einen gebrauchten 300?.
Also den Rotor an sich dürfte man mit der Drehbank recht genau hinbekommen, sofern man da an einen passenden Kunststoffzylinder mit so einem großen Durchmesser herankommt. Aber die Bohrungen müssen wirklich pingelig genau am richten Ort, im richtigen Winkel und in der richtigen Tiefe sein. Besonders der Winkel ist schwierig, da meine Standbohrmaschinen nur vertikal bohren können. Handbohrmaschine wird wohl zu ungenau.
Bekommt da einer von euch sowas hin?

[Michael H.W. Weber]

Zwei Dinge:

(1) Bezüglich des PipettingRobots, hast Du eine Idee, wo man die Materialien herbekommt, Preise, etc.? Ich kenne mich da Null aus.

(2) Sicher brauchen wir auch Zentrifugen. Ein Tipp: Es gibt auch sogenannte "swing-out" Rotoren, d.h. da sind die Einsätze nicht in einem bestimmten Winkel angebracht. Vielleicht kann man so etwas leichter herstellen? Es geht bei uns erstmal nur um kleine Tischzentrifugen bei 12.000-14.000 rpm, die einen Roterdurchmesser (innen, oberer Rand) von vielleicht 15 cm haben. Ich habe da im Netz schon DIY Lösungen auf Basis einer Bohrmaschine mit modifiziertem Einsatz gesehen. Hier ist allerdings allergrößte Vorsicht geboten. Bricht das Gerät im Lauf auseinander, gibt es u.U. Tote.

Michael.

[Thomas R]

@Dunuin

Erklär mal genauer wie der Rotor aussehen soll.
Ich habe evtl. das richtige Material. Und vielleicht sogar jemanden der mir das dreht und bohrt (wenn das so aussehen soll wie ich mir das vorstelle).

[Dunuin]

Ich habe da auch nicht so den Plan von Zentrifugen.

Also die Laborzentrifugen sehen meist so aus: --> http://www.laborgeraete-muenchen.de/upl ... _rotor.JPG <--
Die stecken da im festen Winkel drinne und die geschlossene Scheibenform dürfte gut aerodynamisch sein. Die Laborzentrifugen werden dann Luftdicht verschlossen und dann wird Unterdruck erzeugt, damit der Luftwiderstand noch mehr verringert wird. Da gibt es übrigens auch feste Vorschriften (z.B. EN 12547) für die Zentrifugen. So darf man die Zentrifuge im Betrieb z.B. nicht öffnen können und wenn doch einmal der Rotor wegen der Drehzahl explodiert, dann muss das Ganze von dem Gehäuse abgefangen werden. Daher auch meine Idee mit dem Dampfkochtopf. Selbst wenn man den nicht für das Vakuum benutzt, düfte der wegenstens dafür sorgen, dass da niemandem etwas passiert.
Und die Notabschaltung bei einer gemessenen Unwucht sorgt halt dafür, dass es da garnicht erst soweit kommt.
So ein sanfter Anlauf schont den Motor und macht die Elektronik billiger, da so ein Motor beim Anlaufen das vielfache an Strom benötigt und man die Elektronik auf den Maximalwert auslegen muss. Fährt man die Leistung des Motors beim Anlaufen aber langsam von 0 auf 100% hoch, indem man den Motor z.B. per PWM mit einem 2 Quadrantensteller taktet, so begrenzt man den Strom halt auf ein Maß, was nicht über dem normalen Verbrauch bei 100% liegt.

Da ist so ein Swing-Out-Ding: --> Swingout-Rotor <--
Wohl weniger aerodynamisch, fehleranfälliger und schwerer zu bauen da beweglich. Auch sollte sich da kein Bolzen lösen, damit das Reagenzglas nicht durch dem Raum saust. Ist aber auch deutlich weniger Material was beschleunigt werden muss.

Die benötigte Elektronik könnte ich bestellen, wenn ich da einen Schaltplan gemacht habe. Bei dem Motor bin ich mir aber auch nicht so ganz sicher. Wir reden hier ja von wirklich hohen Drehzahlen und der muss dann auch noch sehr stabil sein. Eine gewisse Unwucht wird man immer haben, selbst wenn man die Reagenzgläser symmetrisch anordnet, da die ja nie zu 100% gleich voll befüllt sind. Die Unwucht schlägt dann mit jeder Umdrehung auf den Motor und auf dessen Achse. Da darf der Achsendurchmesser dann z.B. nicht zu klein ausfallen. Bei 14.000 RPM wirkt bei einem Radius von 7,5cm ab der Achse immerhin die 16.435-fache Erdbeschleunigung. Am äußeren Ende dann also noch deutlich mehr.
Vielleicht sollte man da wirklich mal eine alte (Schlag)Bohrmaschine ausschlachten. Da müssen die Motoren wenigstens recht stabil und kräftig gebaut sein.

Bei den Materialien für den Pipettierroboter müsste ich mich auch erst informieren. Bei der Arbeit hätten wir da sogar etliches brauchbares rumliegen (z.B. Schienen mit kugelgelagerten Schlitten), aber ich glaube die würden dann auch unser Budget sprengen. Man sollte da versuchen alles so billig wie möglich zu halten, damit man das Geld in genauere Schrittmotoren investieren kann.
Welche Abmessungen soll das Ding denn am Ende haben? Dieser Arduino-3D-Drucker soll so bei Materialkosten von 850$ liegen. Der ist dann aber auch nicht größer wie eine Mikrowelle, hat keinerlei Gehäuse und man kann nur einen Bruchteil der Größe wirklich ausnutzen/anfahren. Und dann bewegt sich der Druckkopf auch nicht auf einer X- und Y-Achse, sondern nur auf einer von beiden. Die Grundplatte bewegt sich dann auf der anderen Achse. Das könnte ich mir aber auch problematisch vorstellen. Dann wird die Platte mit den Schalen ja ständig stoßartig bewegt. Nicht das da was überschwappt.