2015年6月8日

多亏了开源硬件，我们才能快速了解科学

贡献:约书亚皮尔斯

开源科学硬件已经出现，而且发展迅速。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。开源科学硬件的概念像野火一样在全球流行起来。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”。在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，包括从SODIS方法中使用的PET水瓶到大规模太阳能光伏阵列等简单的技术。

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的人解决同样的问题，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共享的兴起，我们将找到答案。

开源设计:成本更低，效果更好

包括我领导的密歇根理工学院的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在内的团体，经常使用、开发和分享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昂贵的实验室工具的费用。例如，剑桥大学创造了一个800美元的开源显微镜，以取代昂贵的高端系统，从1.5万美元到8万美元不等。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%以上的费用，而某些组件只占目前同类功能光学产品商业投资的1%。因为我们的开源硬件打印组件都是定制的，所以它们实际上比市面上的要好——所有这些都只花了几分钱。

我们还发现，在我的实验室开发新设备时，使用别人的设计，并根据我们的需要进行调整，节省了大量的时间。例如，我们改变了一个设计，制作了一个激光聚合物焊机，用于制作热交换器原型，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作热交换器。由于我们公布了所有焊接系统的计划，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。我们对它进行了3d打印，电池供电，并扩展了它的能力，包括浊度测量(浊度测量)。在使用商业系统的射击中，我们发现相对的准确性和再现性只需要十分之一的成本。

更低的价格、更快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。而不是依赖货架上的东西(甚至是亚马逊、Ebay和LabX上的大型虚拟货架)，科学家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进行下一个伟大的发现。

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:那就是善有善报。来自世界各地的人们在我们小组分享的科学硬件的基础上提出了建议，从而为我们提供了更好的设备。这有点像有一个全球研发公司，有成千上万的工程师为我们的实验室工作。我们所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方面的专家，他们也可以根据他们的实验调整现有的工具，并分享他们的调整，这对我们其他人可能非常有用。反过来，我们将对您的具体应用程序进行改进，以改进您未来的实验。

专业人士和业余爱好者的选择

FOSH的科学工具已经多得令人眼花缭乱，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分享FOSH工具，因为它可以使你的实验室和整个科学界的科学进步更快(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的研究。为什么?他们为科研团队开发科学工具所投入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作自己的工具。NIH甚至开始了他们自己的3D打印设计仓库，已经开始存放定制的实验室设备。

FOSH的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。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好奇，比如你喝的水的质量，你也可以自己使用它们。在课堂上使用FOSH科学工具的潜力特别令人鼓舞。学生们可以用真正的工具做真正的科学，而不是复制陈旧的千篇一律的实验室。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，那么将科学发现的兴奋感传递给他们就容易得多了。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500美元就可以提供15000美元的实验室所需的所有工具。

开放科学实验室工具的目录

每个通过使用真正的设备而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，并更快地做出更多的发现。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项目)。年轻的工程师和科学家将减少与设备相关的开支，因此他们可以购买更多的工具或雇用更多的研究生做更多的实验和生产更多的FOSH。所有这些都遵循着一个正反馈循环，加速了科学进步。

FOSH在科学领域的应用才刚刚开始。当一整代人在高端科研工具和充满活力的共享文化中成长，不断改进、适应和发展更加复杂和强大的工具时，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