Работает не хуже обычного. Немецкие ученые построили микроскоп из кубиков Lego

Немецкие ученые построили микроскоп высокого разрешения из компонентов Lego и деталей, извлеченных из мобильного телефона. Данная разработка является частью современного тренда "экономная наука" — использовать дешевое оборудования и программное обеспечение с открытым исходным кодом для создания недорогих научных приборов. Эти приборы формата "сделай сам" идеально подходят для образовательной среды и для использования в полевых условиях в развивающихся странах, сообщает arstechnica.com

Возможно, самым известным недорогим самодельным прибором на сегодняшний день является Foldscope, оптический микроскоп, который легко собрать из листа бумаги и линзы. Он поставляется в виде комплекта, который включает магниты, чтобы пользователи могли прикрепить смартфон к Foldscope и сфотографировать увеличенные образцы. Он достаточно прочен, чтобы выдержать падение или намокание, а увеличение достаточно сильное, чтобы увидеть в образце кишечную палочку и малярийных паразитов.

Кубики Lego оказались полезным источником доступных компонентов для создания самодельных приборов. Например, в 2014 году международная группа студентов сконструировала атомно-силовой микроскоп (АСМ), используя в качестве некоторых компонентов кубики Lego. В отличие от обычного микроскопа, в котором пользователь просматривает образец через окуляр, АСМ больше похож на проигрыватель грампластинок. Крошечная игла, прикрепленная к консоли, перемещается по образцу, подпрыгивая вверх и вниз в ответ на любые удары на поверхности образца. Эти неровности "обнаруживаются" по изменениям в отраженном от консоли лазерном свете.

Тимо Бетц из Геттингенского университета и его коллеги обнаружили, что фундаментальные принципы работы микроскопа достаточно сложны для понимания учениками в школе. И несмотря на то, что микроскопы являются важным научным прибором, их использование в классах или дома, особенно во время глобальной пандемии, ограничено из-за их стоимости и хрупкости. Поэтому ученые решили построить более дешевую версию из кубиков Lego.

Единственными деталями, не из Lego, в их окончательной конструкции самодельного микроскопа являются два оптических компонента: объектив с большим увеличением и объектив с малым увеличением. Бетц и коллеги поняли, что линзы камер смартфонов теперь достаточно высокого качества и обычно стоят недорого. Они использовали пластиковую линзу сменного модуля камеры iPhone 5 для объектива с большим увеличением. А стеклянную линзу использовали для объектива с малым увеличением.

Для освещения ученые использовали специальный кирпичик Lego, в который был встроен светодиод. В случае неравномерного освещения ученые сделали рассеиватель из тонкого листа бумаги, поместив его между светодиодом и образцом. Плоская поверхность кирпичиков Lego стала отличным держателем для образцов.

Бетц и его коллеги также разработали ряд базовых домашних экспериментов, которые пользователи могли проводить со своими микроскопами из Lego. Например, в одном эксперименте изучали монослой красного лука, наблюдая, как добавление капли раствора NaCl заставляет слой лука терять воду и сжиматься. Другой эксперимент включал в себя наблюдение за образованием кристаллов соли, а третий — наблюдение за тем, как креветки артемии перемещаются в воде.

Ученые протестировали свой прибор с помощью группы детей в возрасте от 9 до 13 лет, которые построили микроскопы и провели некоторые эксперименты, что дало им достаточную свободу для самостоятельного изучения того, как работает увеличение. Ученые в результате опроса детей обнаружили, что этот процесс значительно расширил понимание детьми микроскопии.

"Мы надеемся, что этот модульный микроскоп будет использоваться в классах и дома по всему миру, чтобы вдохновлять детей на науку", — говорит Бетц.