2015年6月8日

得益于开源硬件，系好安全带，快速探索科学

贡献:约书亚皮尔斯

开源科学硬件已经出现，并且在迅速增长。每个领域的研究人员都有机会获得极低成本的高级科学设备，这可以从根本上扩大他们的实验和工程应用的数量和质量。开云全站app登录官网入口下载开源科学硬件的概念像野火一样在全球蔓延开来。我在书中记录了这一趋势开源实验室:如何构建自己的硬件并降低研究成本。”Appropedia.org，这是一个共享开源适当技术(OSAT)的wiki。OSAT是一种特殊的开源硬件，它包含了从SODIS方法中使用的PET水瓶(用阳光净化饮用水)到大规模太阳能光伏阵列等简单技术。

开放开发方法似乎适用于所有技术。通过分享这样的技术想法，个人不仅可以帮助世界各地成千上万个有同样问题的人，他们还可以从其他人对他们的技术所做的改进中受益。

如果科学家和工程师开始在最昂贵和复杂的研究工具上使用Appropedia的技术，会发生什么?随着数字化制造和P2P份额的兴起，我们即将找到答案。

开源设计:成本更低，效果更好

包括我领导的密歇根理工大学的MOST、加州大学伯克利分校的Tekla实验室、加拿大的Sensorica和剑桥大学的OpenLabTools在内的团队，经常使用、开发和共享用于科学设备的免费和开源硬件(FOSH)——从快速原型系统到分析设备——以允许其他人也快速创新。科学家们这样做主要是为了节省臭名昭著的昂贵实验室工具的资金。例如，剑桥大学发明了一种800美元的开源显微镜，以取代1.5万美元到8万美元不等的昂贵高端系统。我们发现，在开发3d打印组件的开源光学库时，我们可以节省97%以上的成本，其中一些组件仅占目前类似功能光学产品商业投资的1%。由于我们的开源硬件打印组件是定制的，它们实际上比市面上的更好——所有这些都是几美分的价格。

开源激光聚合物焊机。摄影:Joshua Pearce

我们还发现，通过使用别人的设计并根据我们的需要进行调整，在我的实验室开发新设备节省了大量的时间。例如，我们改变了一个设计，制造了一个激光聚合物焊机，用于制造热交换器原型，并为我们的实验室节省了数万美元的快速原型成本，因为我们现在可以用塑料垃圾袋制造热交换器。开云体育体育赛事由于我们公布了焊接系统的所有计划，现在每个从事类似工作的科学家和工程师都可以利用同样的节省。

毫无疑问，在FOSH科学设备的背景下，便宜并不意味着便宜。为了将OSAT和FOSH科学的概念结合在一起，我们最近完成了一个基于开源桌面色度计的开源移动水质测试平台。我们将其改造为3d打印，电池供电，并扩展了其包括浊度测量(浊度测量)的能力。在使用商业系统的射击中，我们发现了相当的准确性和可重复性，成本仅为十分之一。

开源移动水质检测平台。摄影:Joshua Pearce

更低的价格、更快速的创新周期和更少的时间投资是很好的，但开源硬件的主要优势是定制和控制。而不是依赖于货架上的东西(即使是亚马逊、Ebay和LabX上的大型虚拟货架)，科学家们可以创造出满足你确切需求和规格的科学仪器，这对那些处于前沿的人特别有帮助，他们需要从未见过的设备来做出下一个伟大的发现。

开发开源硬件还有一个更深层次的好处，这一点Appropedia社区已经很熟悉了:就是好报。来自世界各地的人们提出了建议，并在我们团队分享的科学硬件基础上进行了改进，这反过来又为我们提供了更好的设备。这有点像拥有一家全球研发公司，数千名工程师都在为我们的实验室工作。我们分享的工具对国际社会越有用，我们得到的帮助就越多。即使实验室不是硬件设计的专家，他们也可以将现有的工具用于他们的实验，并分享他们的适应性，这对我们其他人来说可能非常有用。反过来，我们将通过改进您的特定应用程序来回报您，以改进您未来的实验。

专业人士和业余爱好者的选择

现在已经有了令人眼花缭乱的FOSH科学工具，而且每天都在扩大。如果你是一名科学家或工程师，你应该考虑在你的工作中使用和共享FOSH工具，因为它可以在你的实验室和整个科学界带来更快速的科学进步(而且为了自我服务，它也会导致更多的引用，因为其他人可以更容易地复制你的工作)。资助机构正在注意并开始资助FOSH研究。为什么?他们投资于为他们的研究团体提供科学工具的每一美元都可以为他们节省数百万美元，因为他们的科学家可以以更低的成本制造自己的工具。美国国立卫生研究院甚至开始了他们自己的3D打印设计库，已经开始容纳定制的实验室设备。

FOSH科学工具不仅适用于麻省理工学院和类似组织的科学家。它们可以在网上免费获得。你可以自己使用，即使你是一个业余科学家，一个学生，或者如果你只是对你生活中的某些事情感到好奇，比如你喝的水的质量。FOSH科学工具在课堂上的潜力尤其令人鼓舞。学生可以用真正的工具做真正的科学，而不是复制千篇一律的老实验室。他们可以制造(甚至帮助定制)他们使用的一些设备。如果学生们真的自己有了新发现，他们就更容易把科学发现的兴奋传递给他们。这一切都是可能的，因为FOSH带来了积极的成本节约。在一套物理实验室中，我们只需要500美元就可以提供1.5万美元实验室所需的所有工具。

Appropedia的开放科学实验室工具目录

每个通过使用真实设备学到更多科学知识的学生都将成为更好的科学家或工程师，更快地做出更多发现。这种效应在科学和工程项目资金不足的领域尤其有效(例如发展中国家的许多科学和工程项目)。开云全站app登录官网入口下载年轻的工程师和科学家将有更少的设备支出，因此他们可以购买更多的工具或雇佣更多的研究生来做更多的实验，制造更多的FOSH。所有这些都遵循一个积极的反馈循环，加速了科学进步。

FOSH在科学领域的应用才刚刚开始。当整个一代人都能接触到高端科研工具和充满活力的共享文化，不断改进、适应和发展更复杂、更强大的仪器时，会发生什么?我不确定，但这将是一次令人兴奋的旅程。系好安全带!

标签:硬件，约书亚皮尔斯，开源技术