创客运动将科学家变成修补匠

越来越多的研究人员开始利用DIY 3D打印机、廉价电子产品、传感器等来推进他们的工作 

SkinTrack系统在卡内基梅隆大学开发,可以将皮肤转换为触摸板。

卡内基梅隆大学

为了进行科学研究,科学家需要资金——而且通常需要大量资金,因为专用设备和工具价格不菲。这意味着研究人员通常必须花费大量时间从政府机构和私人实体寻求资金。但是,开源软件和廉价硬件(包括3D打印机)的时代,使他们更容易快速测试创新想法并制造自己的研究工具。这些技术通常被认为是“创客”的领域,这个词让人联想到修补匠和业余爱好者,但许多科学家已经开始拥抱这种自己动手的精神,以推进他们在能源、交通、神经科学和消费电子等各个领域的研究。

咨询公司Nonscriptum LLC的联合创始人Joan Horvath表示,在科学家手中,创客工具可以帮助将想法转化为有形物体,加速研究并扩展资金用途。她在六月份在美国科学促进会太平洋分会组织了首次科学家创客研讨会。她补充说,特别是对于那些需要一件不存在或购买成本太高的设备的研究人员来说,“创客技术的能力非常有前景”。

OpenBCI公司联合创始人Conor Russomanno表示,科学与创客运动的结合“不仅是一件好事,而且是不可避免的事情”。该公司构建低成本脑机接口套件。该套件包括一个3D打印的电极头戴设备,像小帽一样戴在头上,一个电路板和控制技术的开源软件。Russomanno希望通过向DIY爱好者和非专业人士开放脑电波研究,并鼓励在线数据共享社区,来加速神经科学的发展。


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国家实验室和研究机构的科学家也在创造性地使用创客技术。去年,美国能源部的一组科学家和工程师开始使用3D打印技术,从字面上看,对风力涡轮机生产进行了巨大的变革。Lonnie Love表示,制造30多米长的涡轮叶片需要数百万美元,并且大约需要一年时间。他是能源部位于田纳西州橡树岭国家实验室的机械工程师。 Love和他的同事现在使用3D打印技术,在几周内以数万美元的价格制造出这些叶片。除了节省时间和金钱外,3D打印还可以提高风力发电的效率。 Love说,整个风力涡轮机场的风力模式都在变化,“因此理想情况下,您需要在不同的点采用不同的叶片形状,以产生最大的电力。” 今天的制造商对涡轮叶片采取千篇一律的方法,因为制造它们既昂贵又复杂。借助3D打印模具,他们可以在风力发电场中填充各种巧妙设计的涡轮机。

其他科学家正在使用3D打印工具来研究入侵物种并推进材料科学。Horvath和加州大学河滨分校的一组昆虫学家正在打印定制设计的塑料陷阱,以捕获和研究多食性小蠹,这是一种树木害虫,会钻入树木并携带威胁南加州森林的病原真菌。如果由制造商制造,形状独特的陷阱将花费更多。劳伦斯伯克利国家实验室的纳米生物化学家Ronald Zuckermann打印肽样聚合物的柔性3D塑料模型,以研究它们如何折叠成稳定的结构。聚合物链的形状和动力学决定了其医疗用途的特性。 Zuckermann说:“我从模型中获得的理解对于帮助我设计新的聚合物非常有价值。”

除了3D打印,科学家还从创客工具包中搜寻廉价传感器、开源电子产品和免费分发的软件。例如,在卡内基梅隆大学,计算机科学家Chris Harrison发明了一种将皮肤转换为触摸板的方法,这种方法可能有一天可以让智能手表佩戴者通过在前臂上滑动或点击来导航其微小的屏幕。SkinTrack系统依赖于廉价的射频发射器、由通用射频检测器和发射器芯片以及研究团队在线购买的开源Arduino微控制器芯片构建的电子传感器电路。他们还使用开源编程语言和工具包编写了控制该系统的软件。 Harrison的研究生Gierad Laput说:“它并不完美,但足以让我们突破技术极限并回答我们感兴趣的问题。” 一路上,该团队还掌握了机械加工、焊接和木工技能。 Harrison说,科学家和工程师是思想家,但他们也是创客,动手构建技能可以提升他们的创造力。

创客精神不仅扩展到构建工具。创客们坚持共享数据——橡树岭的Love认为,这种开放性使研究更有效率。 他解释说:“人们可以快速学习,而不是重复别人做过的事情。” Love和能源部风力涡轮机研究人员铭记这一点,并在获得最终结果或产品之前持续公开他们的数据。 他补充说:“创客们相信快速制造东西,这样当别人赶上来时,你已经在研究下一个大事件了。”

Horvath说,生物学家是创客技术的早期采用者,因为他们需要专门的工具,例如那种树木蛀虫陷阱,而这些工具并不存在。 但她也看到了物理学家、化学家和电气工程师对创客技术的兴趣,他们没有项目想法的即时资金,并且愿意跳出框框思考。 尽管如此,科学家与创客的关系还处于起步阶段,大多数研究人员尚未意识到创客技术的前景。 “我认为现在要看到创客技术对科学的影响还为时过早,”她说。

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