科学界正日益拥抱自由和开源硬件 (FOSH)。研究人员一直忙于改造自己的设备，并基于分布式数字制造模型创建了数百种设备，以推进他们的科学实验。
对科学 FOSH 的分布式数字制造产生如此浓厚兴趣的主要原因是资金：研究表明，与专有工具相比，FOSH 可将成本降低 90% 到 99%。使用 开放硬件商业模式 将科学 FOSH 商业化，支持了一个工程子领域的快速发展，该子领域致力于为科学开发 FOSH，并每年在 开放科学硬件大会 上汇聚一堂。
值得注意的是，不仅一本，而且 两本新的学术期刊 都致力于这个主题：Journal of Open Hardware（来自 Ubiquity Press，一家新的开放获取出版商，也出版 Journal of Open Research Software）和 HardwareX（Elsevier 旗下的一本 开放获取期刊，Elsevier 是世界上最大的学术出版商之一）。
由于学术界的支持，科学 FOSH 开发人员在享受设计开放硬件和更快地推动科学进步的乐趣的同时，可以获得学术认可。
科学 FOSH 的 5 个步骤
Shane Oberloier 和我共同撰写了一篇新的文章，发表在开放获取工程设计期刊 Designs 上，内容是关于设计 FOSH 科学设备的原则。我们以幻灯片烘干机为例，其制造成本不到 20 美元，比同类专有产品便宜 300 倍。 科学 和 医疗 设备往往很复杂，开发 FOSH 替代品的回报巨大。
我总结了 Shane 和我在我们的 Designs 文章中详细介绍的五个步骤（包括六项设计原则）。这些设计原则可以推广到非科学设备，尽管设计或设备越复杂，潜在的节省就越大。
如果您有兴趣为科学项目设计开放硬件，这些步骤将最大化您项目的影响。
- 评估类似现有工具的功能，但您的 FOSH 设计应基于复制其物理效果，而不是预先存在的设计。如有必要，评估概念验证。
- 使用以下设计原则
- 仅使用自由和开源软件工具链（例如，开源 CAD 软件包，如 OpenSCAD、FreeCAD 或 Blender）和开放硬件进行设备制造。
- 尝试最小化零件的数量和类型以及工具的复杂性。
- 最小化材料用量和生产成本。
- 通过使用广泛且易于访问的工具（如开源 RepRap 3D 打印机），最大化利用可以分布式或数字制造的组件。
- 使用预先设计的组件创建 参数化设计，这使其他人能够自定义您的设计。通过制作参数化设计而不是解决特定案例，所有未来的案例也可以得到解决，同时使未来的用户能够更改核心变量，使设备对他们有用。
- 所有无法使用现有开放硬件设备以分布式方式轻松经济地制造的组件，都应从世界各地 readily available 的现成零件中选择。
- 验证设计是否符合目标功能。
- 细致地记录设备的设计、制造、组装、校准和操作。这应包括设计的原始来源，而不仅仅是用于生产的文件。开放源代码硬件协会 (Open Source Hardware Association) 针对如何正确记录和发布开源设计，提供了广泛的 指南，可以总结如下
- 以通用类型共享设计文件。
- 包括一份完整的物料清单，包括价格和采购信息。
- 如果涉及到软件，请确保代码清晰且公众易于理解。
- 包括许多照片，以便没有任何东西被遮挡，并且它们可以在制造过程中用作参考。
- 在方法部分，必须详细说明整个制造过程，作为用户复制设计的说明。
- 在线共享并指定许可证。这为用户提供了关于什么是合理使用设计的信息。
- 积极分享！为了使 FOSH 普及，必须广泛、频繁且显着地分享设计，以提高人们对其存在的认识。所有文档都应在开放获取文献中发布，并与适当的社区共享。一个值得考虑的不错的通用存储库是 Open Science Framework，由开放科学中心 (Center for Open Science) 托管，该框架旨在接收任何类型的文件并处理大型数据集。
本文由 Fulbright Finland 资助，该机构正在资助 Joshua Pearce 在芬兰作为 Fulbright-Aalto University 杰出主席进行开源科学硬件研究。
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