科学也可以如此好玩

——记清华大学原子力显微镜设计大挑战

来源：中国科学报 2013-9-12 钟华

　　9月6日，新学期伊始的周末下午，一场特殊的答辩会在清华大学举行。四支由来自伦敦大学、清华大学、北京大学的学生组合而成的“国际团队”正在向评委们介绍他们的暑期成果——一台成本不到1000元人民币的原子力显微镜。

　　这些来自不同教育背景的大学生与研究生，在充满竞争与合作的环境中接受挑战，在一个星期内设计出低成本、适用于高中学校的原子力显微镜。

　　这是清华大学主办的第三届中英暑期学校LEGO2NANO原子能显微镜设计大挑战的最后一天，也是大家最为激动的时刻，来自英国、中国的权威专家们会从这四个组中选出最终的优胜者。

　　这场由世界著名积木品牌乐高公司赞助的活动，鼓励大学生充分发挥创造性，用廉价简单的元件，甚至是乐高积木，设计、制造并推广适用于中国高中学校的低成本纳米级显微镜，构想如何通过未来广泛分布在全国各中学的显微镜及其联成的设备网络，使高中生主动地开展科学研究和理论实践。

“从英国跑来玩积木”

　　第3组组员张运炎站在他们设计的原子力显微镜旁边，显得十分自豪：“你看我们设计的装置结构多么巧妙，基本就是用乐高积木搭成，只用了最少量的金属元件来固定。”

　　这位英国伦敦大学博二的学生今年科研做得不错，导师“特批”了他一个月的假期，他就报名参加了这个活动。是什么吸引他飞回来参与到一项看似与他的研究并无关联的活动？

　　“原子力显微镜是非常高科技的东西，我在研究中经常会用到它。当我看到这个活动的时候，我想，这么高科技的东西，用积木造出来，不是很有挑战性吗？”张运炎说，“所以，我就从英国跑回来玩积木了！”

　　在为期一周的暑期学校活动中，这30多位国际学生参与者接触并亲自运用包括3D打印、需求驱动的设计过程在内的最新科技。他们与清华、北大的多个实验室协作，并探访国家纳米科学技术中心、微电子研究所、北京创客空间，感受科技氛围。

　　当然，最重要的活动还是制造原子力显微镜，“这是一个很有趣的活动，组员都是来自不同的背景的学生：不同的国家、不同的大学、不同的专业，因此我们有不同的思维模式和不同的观测角度。而我们用不同的观测角度来共同构建这个东西，尽管大家分别负责不同的部分，但又有共同交流。我也能看看他们看问题的角度是怎么样的。”张运炎说。

创新就是一切皆有可能

　　为什么选择将制造原子能显微镜作为活动的目标？暑期学校的组织者，清华大学微纳米力学研究中心副主任弗朗索瓦教授说：“原子力显微镜在表面科学研究领域是一个非常重要的仪器。一方面，该显微镜十分昂贵，但同时，它的机械结构简单，所以有可能在一周以内，让新手按照这个工作原理制造出来。”

　　在各个小组做完设计成果的PPT展示之后，专家组成的评委对设备也进行了“验收”，他们分别按照设备的分辨率灵敏度；美学和工程设计成果的创新性、新颖性以及成本控制；显微镜科学实践应用的质量以及应用于初高中群体的适合度以及数据共享和网络元素这四项检验标准进行了评比。

　　创新就是让一切看似不可能的事情成为可能，事实上，参加的小组设计出来的装置也都把成本控制在1000元人民币以内。很有意思的是，在比赛过程中，第二组与第四组居然合并成了一支小组，于是最终的决赛成为了三支小组的对决。而果然，这支超级庞大的小组合并后效率提高了不少，他们也在最终的比赛结果中获得了最好的成绩。

　　清华大学工业工程系副教授顾学雍也是活动的组织者，据他介绍，虽然评比结束，但是这个制造1000元以下原子力显微镜的活动会继续下去，中英两国的同学会继续通过网络推进这个项目，进一步完善他们的成果。

　　而其中还会有4位中国同学和4位英国同学被推选出来参加明年6月乐高公司的全球活动。“我们的这个项目会向全世界发布，让全世界的人们按照我们的设计来制作便宜的原子力显微镜。”弗朗索瓦教授说。