Nu är det möjligt för vem som helst att se och dela 3D-bilder i nanoskala med en ny mjukvaruplattform med öppen källkod utvecklad av forskare vid University of Michigan, Cornell University och open source-programvaruföretaget Kitware Inc.

Tomviz 1.0 är det första verktyget med öppen källkod som gör det möjligt för forskare att enkelt skapa 3D-bilder från elektrontomografidata, sedan dela och manipulera dessa bilder på en enda plattform.

Världen av material i nanoskala – saker på 100 nanometer och mindre – är en viktig plats för forskare och ingenjörer som designar framtidens grejer:halvledare, metallegeringar och andra avancerade material.

Att se i 3D hur fläckar av platina i nanoskala ordnar sig i en bils katalysator, till exempel, eller hur taggiga dendriter kan orsaka kortslutning inuti litiumjonbatterier, kan sporra framsteg som säkrare, batterier som håller längre; lättare, mer bränslesnåla bilar; och kraftfullare datorer.

"3D-bilder i nanoskala är användbara inom en mängd olika områden, inklusive bilindustrin, halvledare och till och med geologi, sa Robert Hovden, U-M biträdande professor i materialvetenskap och en av skaparna av programmet. "Nu behöver du inte vara en tomografiexpert för att arbeta med dessa bilder på ett meningsfullt sätt."

Tomviz löser en viktig utmaning:svårigheten att tolka data från elektronmikroskop som undersöker objekt i nanoskala i 3D. Maskinerna skjuter elektronstrålar genom nanopartiklar från olika vinklar. Strålarna bildar projektioner när de färdas genom föremålet, lite som skuggdockor i nanoskala.

När maskinen väl gör sitt arbete, det är upp till forskarna att sätta ihop hundratals skuggor i en enda tredimensionell bild. Det är så svårt som det låter – en konst såväl som en vetenskap. Som att färga ett traditionellt objektglas, forskare lägger ofta till skuggning eller färg till 3D-bilder för att framhäva vissa attribut.

Traditionellt, de har varit tvungna att förlita sig på en mängd proprietär programvara för att göra det tunga arbetet. Arbetet är dyrt och tidskrävande; så mycket att även stora företag som biltillverkare kämpar med det. Och när en 3D-bild har skapats, det är ofta omöjligt för andra forskare att reproducera det eller att dela det med andra.

Tomviz förenklar processen dramatiskt och minskar mängden tid och datorkraft som behövs för att få det att hända, dess designers säger. Det gör det också möjligt för forskare att enkelt samarbeta genom att dela alla steg som gick till att skapa en given bild och göra det möjligt för dem att göra egna tweaks.

"Dessa bilder skiljer sig mycket från 3D-grafiken du skulle se på en biograf, som i huvudsak är skickligt upplysta ytor, " sa Hovden. "Tomviz utforskar både ytan och det inre av ett objekt i nanoskala, med detaljerad information om dess densitet och struktur. I vissa fall, vi kan se enskilda atomer."

Nyckeln till att få Tomviz att hända var att få tomografiexperter och mjukvaruutvecklare att samarbeta, sa Hovden. Deras första utmaning var att få tillgång till en stor volym högkvalitativ tomografi. Teamet samlade experter på Cornell, Berkeley Lab och UCLA för att bidra med sina data, och skapade också sina egna med hjälp av U-M:s mikroskopicenter. För att omvandla rådata till kod, Hovdens team arbetade med mjukvarutillverkaren Kitware med öppen källkod.

Med lanseringen av Tomviz 1.0, Hovden ser mot nästa steg i projektet, där han hoppas kunna integrera programvaran direkt med mikroskop. Han tror att U-M:s anläggningar och expertis för atomsondstomografi kan hjälpa honom att designa en version som i slutändan kan avslöja kemin hos alla atomer i 3D.

"Vi låser upp tillgången för att se nya 3D-nanomaterial som kommer att driva nästa generations teknik, " sa Hovden. "Jag är mycket intresserad av att tänja på gränserna för att förstå material i 3D."