科學也可以如此好玩
——記清華大學原子力顯微鏡設計大挑戰
來源：中國科學報 2013-9-12 鍾華
9月6日，新學期伊始的周末下午，一場特殊的答辯會在清華大學舉行。四支由來自倫敦大學、清華大學、北京大學的學生組合而成的「國際團隊」正在向評委們介紹他們的暑期成果——一臺成本不到1000元人民幣的原子力顯微鏡。
這些來自不同教育背景的大學生與研究生，在充滿競爭與合作的環境中接受挑戰，在一個星期內設計出低成本、適用於高中學校的原子力顯微鏡。
這是清華大學主辦的第三屆中英暑期學校LEGO2NANO原子能顯微鏡設計大挑戰的最後一天，也是大家最為激動的時刻，來自英國、中國的權威專家們會從這四個組中選出最終的優勝者。
這場由世界著名積木品牌樂高公司贊助的活動，鼓勵大學生充分發揮創造性，用廉價簡單的元件，甚至是樂高積木，設計、製造並推廣適用於中國高中學校的低成本納米級顯微鏡，構想如何通過未來廣泛分布在全國各中學的顯微鏡及其聯成的設備網絡，使高中生主動地開展科學研究和理論實踐。
「從英國跑來玩積木」
第3組組員張運炎站在他們設計的原子力顯微鏡旁邊，顯得十分自豪：「你看我們設計的裝置結構多麼巧妙，基本就是用樂高積木搭成，只用了最少量的金屬元件來固定。」
這位英國倫敦大學博二的學生今年科研做得不錯，導師「特批」了他一個月的假期，他就報名參加了這個活動。是什麼吸引他飛回來參與到一項看似與他的研究並無關聯的活動？
「原子力顯微鏡是非常高科技的東西，我在研究中經常會用到它。當我看到這個活動的時候，我想，這麼高科技的東西，用積木造出來，不是很有挑戰性嗎？」張運炎說，「所以，我就從英國跑回來玩積木了！」
在為期一周的暑期學校活動中，這30多位國際學生參與者接觸並親自運用包括3D列印、需求驅動的設計過程在內的最新科技。他們與清華、北大的多個實驗室協作，並探訪國家納米科學技術中心、微電子研究所、北京創客空間，感受科技氛圍。
當然，最重要的活動還是製造原子力顯微鏡，「這是一個很有趣的活動，組員都是來自不同的背景的學生：不同的國家、不同的大學、不同的專業，因此我們有不同的思維模式和不同的觀測角度。而我們用不同的觀測角度來共同構建這個東西，儘管大家分別負責不同的部分，但又有共同交流。我也能看看他們看問題的角度是怎麼樣的。」張運炎說。
創新就是一切皆有可能
為什麼選擇將製造原子能顯微鏡作為活動的目標？暑期學校的組織者，清華大學微納米力學研究中心副主任弗朗索瓦教授說：「原子力顯微鏡在表面科學研究領域是一個非常重要的儀器。一方面，該顯微鏡十分昂貴，但同時，它的機械結構簡單，所以有可能在一周以內，讓新手按照這個工作原理製造出來。」
在各個小組做完設計成果的PPT展示之後，專家組成的評委對設備也進行了「驗收」，他們分別按照設備的解析度靈敏度；美學和工程設計成果的創新性、新穎性以及成本控制；顯微鏡科學實踐應用的質量以及應用於初高中群體的適合度以及數據共享和網絡元素這四項檢驗標準進行了評比。
創新就是讓一切看似不可能的事情成為可能，事實上，參加的小組設計出來的裝置也都把成本控制在1000元人民幣以內。很有意思的是，在比賽過程中，第二組與第四組居然合併成了一支小組，於是最終的決賽成為了三支小組的對決。而果然，這支超級龐大的小組合併後效率提高了不少，他們也在最終的比賽結果中獲得了最好的成績。
清華大學工業工程系副教授顧學雍也是活動的組織者，據他介紹，雖然評比結束，但是這個製造1000元以下原子力顯微鏡的活動會繼續下去，中英兩國的同學會繼續通過網絡推進這個項目，進一步完善他們的成果。
而其中還會有4位中國同學和4位英國同學被推選出來參加明年6月樂高公司的全球活動。「我們的這個項目會向全世界發布，讓全世界的人們按照我們的設計來製作便宜的原子力顯微鏡。」弗朗索瓦教授說。