用樂高積木也能做出顯微鏡?可用作教學用途

用樂高積木也能做出顯微鏡?可用作教學用途

還記得小時候在學校裡使用的顯微鏡嗎?現在你可以用樂高積木DIY 一個出來。

這十分符合現在的「節儉科學」的趨勢:使用廉價的消費級硬體和開源軟體來構建低成本的科學儀器。DIY 儀器非常適合用於教學。

用紙片做成的顯微鏡——Foldscope,圖片來源:MoMA

在教學活動中,學生們接觸最多的儀器,往往就是顯微鏡。

哥廷根大學的蒂莫·貝茨(Timo Betz)認為,顯微鏡是必不可少的科學儀器,但由於儀器的成本和脆弱性,它們在教室中的使用受到了極大的限制,特別是在疫情期間。因此,他們決定用樂高積木搭建一個更便宜的顯微鏡。

用樂高積木也能做出顯微鏡?可用作教學用途

貝茨的靈感來自於加州大學舊金山分校的研究生哈里森·劉(Harrison Liu)等人於2013 年做出的樂高顯微鏡——LegoScope。但LegoScope 實際上並不能算一個「低成本的」顯微鏡,它仍需要用到定制的3D 影印部件。

LegoScope,圖片來源:Synapse

而貝茨等人的樂高顯微鏡則有所不同。他們的顯微鏡中,只有兩個元件不是樂高積木——高倍物鏡與低倍物鏡。他們將iPhone 5 的相機模組中的塑膠鏡片用作高倍物鏡,低倍物鏡則是一枚玻璃透鏡。

「從相機模組中小心地分離出鏡片後,我們用透明膠帶將它連接到了樂高積木上。」貝茨在論文中寫到。

蒂莫·貝茨,圖片來源:Ars Technica

對於照明,他們使用了一種整合了LED 的特殊樂高積木,另外他們還將一張薄紙放置在LED 與樣品之間,作用類似於攝影燈上的柔光燈罩。

用樂高積木也能做出顯微鏡?可用作教學用途

你可能會好奇,用樂高積木來做顯微鏡,最難完成的是哪一部分呢?答案可能會是:物鏡支架。

經過一番研究,貝茨和他的同事將齒條與蜗杆組合在一起,使得用戶可以調整焦距。

「雖然物鏡支架是顯微鏡的所有單個部件中最小的,但它對於結構的強度和穩定性的要求卻是最高的。」貝茨說道,「因此,這部分的搭建應該由更年長的、更有經驗的孩子來完成,至少要有成年人的陪同,以防止在搭建顯微鏡的早期階段就出現錯誤。」

用樂高積木也能做出顯微鏡?可用作教學用途

完成顯微鏡的設計後,貝茨在一組9 至13 歲的兒童的幫助下測試了他們的DIY 顯微鏡。

他們一起搭建了顯微鏡並進行了一些實驗。這個DIY 顯微鏡很好地幫助了這群小朋友探索微觀世界,並且讓他們了解了顯微鏡的工作原理。

「對科學的了解不僅有助於進行決策,還可以為日常生活帶來許多好處,例如培養解決問題的思維和能力。」貝茨說。

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