开源工具为科学提供经济优势

免费和开源软件 (FOSS) 以及免费和开源硬件 (FOSH) 的分布式数字制造已显示出开发定制科学工具的巨大前景。长期以来，FOSH 为科学家提供了高投资回报率。事实上，我在开源实验室的先前研究报告了使用这些技术带来的巨大经济节省。然而，开源设计范式此后增长了几个数量级；现在，在绝大多数学科中都有科学开源技术的例子，并且有几个资源，包括开放硬件杂志，致力于发布它们。

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^{开源 3D 打印离心机 (Salil S. Sule, Aliaksei L. Petsiuk, Joshua M. Pearce, CC BY 4.0)}

早期科学开源技术观察到的节省可能仅限于市场留下机会的特殊情况，或者仅限于今天不再成立的“唾手可得的成果”。

这引出了几个问题

1. 如果我们确定了 2000 年代初期所有优秀的 FOSH 机会会怎样？
2. 当时观察到的开源带来的巨大经济节省今天仍然成立吗？
3. 科学家们现在仍然可以通过开源技术省钱吗？

为了回答这些问题，我做了一项研究，最近以科学免费和开源技术的经济节省：一项评论为题发表，该研究评估了免费和开源技术与专有的、功能相当的工具。该研究评估了两个数据库中的 FOSH：HardwareX，一份专门介绍 FOSH 的期刊，以及 PLOS 开源工具包，其中收录了来自公共科学图书馆·综合和各种专业期刊的精选 FOSH 文章。

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^{SpikerBox，一种用于学校的低成本开源神经科学工具。（Timothy C. Marzullo 和 Gregory J. Gage，CC-BY）}

我的研究确定了两项使能创新，它们为科学家和工程师提供了一种新的分布式数字制造方法，并提供了超过 90% 的成本节省

1. 开源电子产品，如 Arduino 原型平台
2. 开源自复制快速原型机 (RepRap) 项目，该项目提供开源 3D 打印

Arduino 和相关电子产品可用于自动化各种科学设备的设计。同时，RepRap 3D 打印机技术可以为开发光学或注射泵的工具库制作定制的机械组件，并且本身也成为科学工具，形式包括微流体原型机、化学处理系统和3D 显微镜。

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^{用于光学显微镜的开源硬件 (Marshall J. Colville, Sangwoo Park, Warren R. Zipfel, Matthew J. Paszek, CC BY 4.0)}

我的评论发现了压倒性的证据，即对于各种科学工具，开源技术与同等或较差的专有工具相比，可节省 87% 的经济成本。当使用 Arduino 技术时，这些经济节省增加到 89%，而当使用 RepRap 级 3D 打印时，则增加到 92%。通过结合 Arduino 和开源 3D 打印，免费和开源工具比商业同等产品平均节省 94%。

这些结果为资助开发科学开源硬件和软件提供了强有力的证据。如果专有工具为科学家提供的灵活性较差且成本更高，那么政府为什么要资助开发专有工具呢？当您可以以一小部分成本获得完全控制的定制设备时，为什么要购买专有设备？鉴于免费和开源技术的巨大经济优势，将资金从专有科学工具转向 FOSH 似乎是财务上负责任的做法。