科學(xué)也可以如此好玩
——記清華大學(xué)原子力顯微鏡設(shè)計(jì)大挑戰(zhàn)
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 2013-9-12 鐘華
9月6日，新學(xué)期伊始的周末下午，一場(chǎng)特殊的答辯會(huì)在清華大學(xué)舉行。四支由來(lái)自倫敦大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)的學(xué)生組合而成的“國(guó)際團(tuán)隊(duì)”正在向評(píng)委們介紹他們的暑期成果——一臺(tái)成本不到1000元人民幣的原子力顯微鏡。
這些來(lái)自不同教育背景的大學(xué)生與研究生，在充滿(mǎn)競(jìng)爭(zhēng)與合作的環(huán)境中接受挑戰(zhàn)，在一個(gè)星期內(nèi)設(shè)計(jì)出低成本、適用于高中學(xué)校的原子力顯微鏡。
這是清華大學(xué)主辦的第三屆中英暑期學(xué)校LEGO2NANO原子能顯微鏡設(shè)計(jì)大挑戰(zhàn)的最后一天，也是大家最為激動(dòng)的時(shí)刻，來(lái)自英國(guó)、中國(guó)的權(quán)威專(zhuān)家們會(huì)從這四個(gè)組中選出最終的優(yōu)勝者。
這場(chǎng)由世界著名積木品牌樂(lè)高公司贊助的活動(dòng)，鼓勵(lì)大學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)造性，用廉價(jià)簡(jiǎn)單的元件，甚至是樂(lè)高積木，設(shè)計(jì)、制造并推廣適用于中國(guó)高中學(xué)校的低成本納米級(jí)顯微鏡，構(gòu)想如何通過(guò)未來(lái)廣泛分布在全國(guó)各中學(xué)的顯微鏡及其聯(lián)成的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，使高中生主動(dòng)地開(kāi)展科學(xué)研究和理論實(shí)踐。
“從英國(guó)跑來(lái)玩積木”
第3組組員張運(yùn)炎站在他們?cè)O(shè)計(jì)的原子力顯微鏡旁邊，顯得十分自豪：“你看我們?cè)O(shè)計(jì)的裝置結(jié)構(gòu)多么巧妙，基本就是用樂(lè)高積木搭成，只用了最少量的金屬元件來(lái)固定。”
這位英國(guó)倫敦大學(xué)博二的學(xué)生今年科研做得不錯(cuò)，導(dǎo)師“特批”了他一個(gè)月的假期，他就報(bào)名參加了這個(gè)活動(dòng)。是什么吸引他飛回來(lái)參與到一項(xiàng)看似與他的研究并無(wú)關(guān)聯(lián)的活動(dòng)？
“原子力顯微鏡是非常高科技的東西，我在研究中經(jīng)常會(huì)用到它。當(dāng)我看到這個(gè)活動(dòng)的時(shí)候，我想，這么高科技的東西，用積木造出來(lái)，不是很有挑戰(zhàn)性嗎？”張運(yùn)炎說(shuō)，“所以，我就從英國(guó)跑回來(lái)玩積木了！”
在為期一周的暑期學(xué)校活動(dòng)中，這30多位國(guó)際學(xué)生參與者接觸并親自運(yùn)用包括3D打印、需求驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)過(guò)程在內(nèi)的最新科技。他們與清華、北大的多個(gè)實(shí)驗(yàn)室協(xié)作，并探訪(fǎng)國(guó)家納米科學(xué)技術(shù)中心、微電子研究所、北京創(chuàng)客空間，感受科技氛圍。
當(dāng)然，最重要的活動(dòng)還是制造原子力顯微鏡，“這是一個(gè)很有趣的活動(dòng)，組員都是來(lái)自不同的背景的學(xué)生：不同的國(guó)家、不同的大學(xué)、不同的專(zhuān)業(yè)，因此我們有不同的思維模式和不同的觀測(cè)角度。而我們用不同的觀測(cè)角度來(lái)共同構(gòu)建這個(gè)東西，盡管大家分別負(fù)責(zé)不同的部分，但又有共同交流。我也能看看他們看問(wèn)題的角度是怎么樣的。”張運(yùn)炎說(shuō)。
創(chuàng)新就是一切皆有可能
為什么選擇將制造原子能顯微鏡作為活動(dòng)的目標(biāo)？暑期學(xué)校的組織者，清華大學(xué)微納米力學(xué)研究中心副主任弗朗索瓦教授說(shuō)：“原子力顯微鏡在表面科學(xué)研究領(lǐng)域是一個(gè)非常重要的儀器。一方面，該顯微鏡十分昂貴，但同時(shí)，它的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以有可能在一周以?xún)?nèi)，讓新手按照這個(gè)工作原理制造出來(lái)。”
在各個(gè)小組做完設(shè)計(jì)成果的PPT展示之后，專(zhuān)家組成的評(píng)委對(duì)設(shè)備也進(jìn)行了“驗(yàn)收”，他們分別按照設(shè)備的分辨率靈敏度；美學(xué)和工程設(shè)計(jì)成果的創(chuàng)新性、新穎性以及成本控制；顯微鏡科學(xué)實(shí)踐應(yīng)用的質(zhì)量以及應(yīng)用于初高中群體的適合度以及數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡(luò)元素這四項(xiàng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了評(píng)比。
創(chuàng)新就是讓一切看似不可能的事情成為可能，事實(shí)上，參加的小組設(shè)計(jì)出來(lái)的裝置也都把成本控制在1000元人民幣以?xún)?nèi)。很有意思的是，在比賽過(guò)程中，第二組與第四組居然合并成了一支小組，于是最終的決賽成為了三支小組的對(duì)決。而果然，這支超級(jí)龐大的小組合并后效率提高了不少，他們也在最終的比賽結(jié)果中獲得了最好的成績(jī)。
清華大學(xué)工業(yè)工程系副教授顧學(xué)雍也是活動(dòng)的組織者，據(jù)他介紹，雖然評(píng)比結(jié)束，但是這個(gè)制造1000元以下原子力顯微鏡的活動(dòng)會(huì)繼續(xù)下去，中英兩國(guó)的同學(xué)會(huì)繼續(xù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)推進(jìn)這個(gè)項(xiàng)目，進(jìn)一步完善他們的成果。
而其中還會(huì)有4位中國(guó)同學(xué)和4位英國(guó)同學(xué)被推選出來(lái)參加明年6月樂(lè)高公司的全球活動(dòng)。“我們的這個(gè)項(xiàng)目會(huì)向全世界發(fā)布，讓全世界的人們按照我們的設(shè)計(jì)來(lái)制作便宜的原子力顯微鏡。”弗朗索瓦教授說(shuō)。
