Kính hiển vi quét lực nguyên tử (Scanning atomic force microscopes), được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1989, là một công cụ rất mạnh hỗ trợ nghiên cứu khoa học và kỹ thuật ở cấp độ nanometer. Với khả năng nhìn thấy đến từng nguyên tử riêng biệt, một kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) thương mại có thể có giá từ 10,000USD đến 1 triệu USD, tùy thuộc vào các tính năng và khả năng đi kèm của nó. Thế nhưng, trong một lớp học hè LEGO2NANO mới đây (được tổ chức tại Đại Học Tsinghia tại Bắc Kinh), một nhóm các sinh viên Trung Quốc và Anh đã tạo thành một máy quét lực nguyên tử dựa trên nền tảng Lego chỉ trong 4 ngày. Điểm càng đặc biệt hơn đó là giá thành của chiếc máy này chỉ dưới 500USD.
LEGO2NANO là lớp học thứ 3 trong một chuỗi các khóa học hè liên kết giữa Trung Quốc-Vương Quốc Anh được tổ chức tại khuôn viên Đại Học Tsinghua. Một nhóm các sinh viên Đại Học với xuất thân khác nhau đã dành 5 ngày để thiết kế một kính hiển vi lực nguyên tử có giá dưới 500USD. Sản phẩm được chế tạo để ngay các học sinh trung học phổ thông ở Trung Quốc cũng có thể sử dụng được.
Một kính hiển vi lực nguyên tử sẽ phân tích các chi tiết ở tầm nano của cấu trúc bề mặt (và thậm chí là các hạt nguyên tử rời rạc) bằng cách tạo tương tác giữa bề mặt với một đầu thăm dò rất nhỏ.
Đầu thăm dò được giữ tiếp xúc với bề mặt bằng một lực cố định và quét qua toàn bề mặt. Các cảm biển sẽ khuếch đại chuyển động thẳng đứng của đầu thăm dò khi nó đi qua các chướng ngại trên bề mặt. Kết quả thu được sẽ là một biểu đồ lực liên tục của bề mặt mẫu.
Nhóm LEGO2NANO ra thử thách bằng việc chỉ xây dựng một kính hiển vi lực nguyên tử với các mảnh Lego, vi điều khiển Arduino, các mảnh ghép được tạo bằng phương pháp in 3D và thiết bị điện gia dụng.
Và nhóm chiến thắng đã chỉ mất 5 ngày để thiết kế và chế tạo thành công kính hiển vi có khả năng đáp ứng mọi yêu cầu kỹ thuật cần thiết và có thể tạo ra một hình ảnh scan của các chi tiết ở tầm nano trên bề mặt vặt mẫu.
Kính hiển vi của họ được gắn trên một tấm kim loại để giữ ổn định. Vỏ và các thành phần đều được làm từ Lego và các mảnh in 3D. Khu vực quét cũng được in 3D và dựa trên một thiết kế trước đó của Đại Học Bristol. Khu vực quét được điều khiển di chuyển bằng một động cơ điện piezo và vi xử lý Arduino với bước di chuyển nhỏ nhất có thể đạt được chỉ là vài nanometers.
Quá trình phát triển của các thiết kế AFM này sẽ được tiếp tục trong các hội nghị tại Học Viện Institute of Making tại Đại Học LonDon và tại Phòng nghiên cứu Open Wisdom tại Đại Học Tsinghua. Những thiết kế sẽ được công bố (sau khi bổ sung thêm một chút cải tiến) và những nhóm cơ khí mới sẽ tham gia vào thử thách chế tạo một AFM đầy đủ tính năng trong thời gian một năm với chi phí dưới 100$. Đây ắt hẳn là một nỗ lực đầy thú vị để cải tiến công nghệ này.
Người dịch: Trungmaster, theo Gizmag
