Студенты создали атомно-силовой микроскоп при помощи лего и 3D печати

Первый в мире малобюджетный сканирующий атомно-силовой микроскоп (АСМ) разработан в Пекине студентами Университета Тсингуа и Пекинского Университета — с использованием ЛЕГО и 3D печати.

Атомно-силовые микроскопы, впервые представленные в продаже в 1989году, являются сканирующими зондовыми микроскопами очень высокого разрешения. Они способны разглядеть объект величиной в миллионную долю миллиметра — гораздо меньше, чем мог бы заметить любой оптический микроскоп. Коммерческий АСМ обычно стоит 100 000$ и больше, но производство его вновь разработанной малобюджетной версии стоит меньше 500$.

В течение последней LEGO2NANO, проводимых в Университете Тсингуа в Пекине, студентам, опытным производителям и учёным было предъявлено требование разработать новый тип малобюджетного зондового микроскопа в течение одной недели.

АСМ состоит из рычага с наконечником (зондом), который используется для сканирования образцов поверхности. Когда наконечник подносится близко к поверхности образца, силы между наконечником и образцом приводят к отклонению рычага. Обычно, отклонение замеряется при помощи лазера, отражающегося от верхней поверхности консоли в набор фотодиодов. Записывая эти изменения, можно выстроить 3D образ наноструктуры.

Команда Университета Тсингуа, Пекинского Университета и Университетского колледжа в Лондоне объединилась с LEGO Foundation, чтобы изобрести, создать и продавать свои идеи. Их цель была разработать функциональный наноскоп, который может быть построен учащимся средней школы из любого уголка мира, с использованием только ЛЕГО, микроконтроллеров Arduino, напечатанных на 3D-принтере частей и пользовательской электроники.

Студенческой команде понадобилось пять дней, чтобы продемонстрировать функциональность своего АСМ, что принесло им награду за Лучшую Техническую Разработку.

Большинство частей, которые использовала команда — это блоки Лего, напечатанные на 3D принтере части, и частей, которые они собрали на рынках электроники в Пекинском центре Жонгуанчун. Их АСМ смонтирован из металлической платы с размещениями и отделениями, построенными из Лего. Держатели компонентов и столик для сканирования распечатаны на принтере для обеспечения безупречой подгонки.

Самая дорогая часть — это пьезоэлектрический привод, на который приходится почти половина стоимости. Пьезоэлектрический привод контролируется процессором Arduino, и при напряжении 10 Вт, привод перемещает столик для сканирования всего лишь на микрон.

Команда студентов, участвовавшая в событии, сейчас возвращается в свои университеты с целью продолжать разработку своего АСМ и усовершенствования нано-разрешения своей разработки.

«Малобюджетный инструментарий полезен не только для образовательных учреждений, он может быть также большим подспорьем для больниц и клиник в развивающихся странах» — отметил Габриэль Эппли, директор Лондонского Центра Нанотехнологий в UCL, являющегося главным спонсором события.