為了進行科學研究,科學家需要資金——而且通常需要大量資金,因為專用裝置和工具價格不菲。這意味著研究人員通常必須花費大量時間從政府機構和私人實體尋求資金。但是,開源軟體和廉價硬體(包括3D印表機)的時代,使他們更容易快速測試創新想法並製造自己的研究工具。這些技術通常被認為是“創客”的領域,這個詞讓人聯想到修補匠和業餘愛好者,但許多科學家已經開始擁抱這種自己動手的精神,以推進他們在能源、交通、神經科學和消費電子等各個領域的研究。
諮詢公司Nonscriptum LLC的聯合創始人Joan Horvath表示,在科學家手中,創客工具可以幫助將想法轉化為有形物體,加速研究並擴充套件資金用途。她在六月份在美國科學促進會太平洋分會組織了首次科學家創客研討會。她補充說,特別是對於那些需要一件不存在或購買成本太高的裝置的研究人員來說,“創客技術的能力非常有前景”。
OpenBCI公司聯合創始人Conor Russomanno表示,科學與創客運動的結合“不僅是一件好事,而且是不可避免的事情”。該公司構建低成本腦機介面套件。該套件包括一個3D列印的電極頭戴裝置,像小帽一樣戴在頭上,一個電路板和控制技術的開源軟體。Russomanno希望透過向DIY愛好者和非專業人士開放腦電波研究,並鼓勵線上資料共享社群,來加速神經科學的發展。
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國家實驗室和研究機構的科學家也在創造性地使用創客技術。去年,美國能源部的一組科學家和工程師開始使用3D列印技術,從字面上看,對風力渦輪機生產進行了巨大的變革。Lonnie Love表示,製造30多米長的渦輪葉片需要數百萬美元,並且大約需要一年時間。他是能源部位於田納西州橡樹嶺國家實驗室的機械工程師。 Love和他的同事現在使用3D列印技術,在幾周內以數萬美元的價格製造出這些葉片。除了節省時間和金錢外,3D列印還可以提高風力發電的效率。 Love說,整個風力渦輪機場的風力模式都在變化,“因此理想情況下,您需要在不同的點採用不同的葉片形狀,以產生最大的電力。” 今天的製造商對渦輪葉片採取千篇一律的方法,因為製造它們既昂貴又複雜。藉助3D列印模具,他們可以在風力發電場中填充各種巧妙設計的渦輪機。
其他科學家正在使用3D列印工具來研究入侵物種並推進材料科學。Horvath和加州大學河濱分校的一組昆蟲學家正在列印定製設計的塑膠陷阱,以捕獲和研究多食性小蠹,這是一種樹木害蟲,會鑽入樹木並攜帶威脅南加州森林的病原真菌。如果由製造商製造,形狀獨特的陷阱將花費更多。勞倫斯伯克利國家實驗室的奈米生物化學家Ronald Zuckermann列印肽樣聚合物的柔性3D塑膠模型,以研究它們如何摺疊成穩定的結構。聚合物鏈的形狀和動力學決定了其醫療用途的特性。 Zuckermann說:“我從模型中獲得的理解對於幫助我設計新的聚合物非常有價值。”
除了3D列印,科學家還從創客工具包中搜尋廉價感測器、開源電子產品和免費分發的軟體。例如,在卡內基梅隆大學,計算機科學家Chris Harrison發明了一種將皮膚轉換為觸控板的方法,這種方法可能有一天可以讓智慧手錶佩戴者透過在前臂上滑動或點選來導航其微小的螢幕。SkinTrack系統依賴於廉價的射頻發射器、由通用射頻檢測器和發射器晶片以及研究團隊線上購買的開源Arduino微控制器晶片構建的電子感測器電路。他們還使用開源程式語言和工具包編寫了控制該系統的軟體。 Harrison的研究生Gierad Laput說:“它並不完美,但足以讓我們突破技術極限並回答我們感興趣的問題。” 一路上,該團隊還掌握了機械加工、焊接和木工技能。 Harrison說,科學家和工程師是思想家,但他們也是創客,動手構建技能可以提升他們的創造力。
創客精神不僅擴充套件到構建工具。創客們堅持共享資料——橡樹嶺的Love認為,這種開放性使研究更有效率。 他解釋說:“人們可以快速學習,而不是重複別人做過的事情。” Love和能源部風力渦輪機研究人員銘記這一點,並在獲得最終結果或產品之前持續公開他們的資料。 他補充說:“創客們相信快速製造東西,這樣當別人趕上來時,你已經在研究下一個大事件了。”
Horvath說,生物學家是創客技術的早期採用者,因為他們需要專門的工具,例如那種樹木蛀蟲陷阱,而這些工具並不存在。 但她也看到了物理學家、化學家和電氣工程師對創客技術的興趣,他們沒有專案想法的即時資金,並且願意跳出框框思考。 儘管如此,科學家與創客的關係還處於起步階段,大多數研究人員尚未意識到創客技術的前景。 “我認為現在要看到創客技術對科學的影響還為時過早,”她說。
