科学讲座4（2022）100083开源脱碳实现可持续发展的世界Joshua M.皮尔斯·皮尔森电子计算机工程系，Ivey商学院，西部大学，伦敦，安大略省N6A 5B9，加拿大自动清洁装置保留字：开放硬件开源温室气体排放减碳可持续性脱碳A B标准世界正面临气候紧急情况。我们必须减少对化石燃料及其出口的依赖，转而发展可再生和高效能源。用热泵供暖可以从根本上减少天然气的使用，电动汽车减少了对石油的需求，能源效率和可再生能源可以帮助承担这种电力带来的更大需求，同时减少煤炭和天然气的使用，碳排放和由此产生的气候不稳定。自由和开源硬件设计已被证明是一种有效的方法，可以增加创新并降低设备和产品的成本。 它可以加快实际行动和政策与战略的实施，以减少我们对煤炭、石油和天然气的使用。在本演讲中，将解释开源的力量，以展示它如何提高脱碳技术的性能并降低成本本演示将以描述HardwareX关于开源脱碳促进可持续发展www.journals.elsevier.com/hardwarex/forthcoming-special-issues/special-issue-on-open-source-的特刊（www.example.comdecarbonization-for-a-sustainable-world）结束本文的视频可以在j.sctalk.2022.100083上找到。https://doi.org/10.1016/图和表图1.一、在美国，仅燃煤空气污染的排放每年就导致约52，000人过早死亡。[2]的文件。黑点代表煤电厂。有人认为，在整个行业的公司死刑[3]和美国的煤炭行业中，杀人人数超过雇用人数的行业应该被淘汰代表着这样一个行业。通讯作者。电子邮件地址：jobs.pearce@ uwo.ca。h tt p：//dx. 多岛或g/10。1016/j。我的天啊。20 22. 10 0 08 3已接收2022年9月11日已接受2022年10月5日27 7 2 - 56 93/©2022TheA ut h or r. 由E lsevier L td提供。 这是一个操作过程，需要遵循C CBY指令（http：//c re ati ve c mmo ns. 或g/li ce nss/by/4. 0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表科学讲座杂志首页：www.elsevier.es/sctalkJ.M. 皮尔斯科学讲座4（2022）1000832图二、 确定开放硬件战略投资的方法流程图[4]。首先，通过对免费和开源硬件（FOSH）的战略投资，确定目标犯罪国家目标犯罪国家可以是政治对手、敌人或威胁一个地区或世界稳定或安全的国家其次，从公开数据中确定目标犯罪国家的主要出口，并确定进行分析的国家的进口。该等进出口以经济术语计量特定产品。然后，对价值最高的出口（和/或进口）进行评估，以确定创新可能破坏的技术能力。 这些进口产品可以转化为分布式本地生产，需要量化，并确定可能削弱这些进口产品的硬件。因此，除了制裁之外（或代替制裁），支持FOSH发展可以通过实现产品的分布式制造来削弱目标国家的市场，从而减少或消除目标犯罪国家的出口产品。图3.第三章。 各种类型的太阳能自复制快速原型（RepRap）3D打印机（左上-基于学校的大型系统，左下-手提箱FoldaRap，右下-基于学校的大型系统）-J.M. 皮尔斯科学讲座4（2022）1000833图四、在左侧显示的Linu x环境中运行OpenSCAD（一种基于开源脚本的参数化CAD软件包）的废弃计算机。 右边是一个开源的RepRap打印出一个自定义的开源过滤器换轮器。这个开放的硬件科学工具是用Arduino自动化的这种开放式硬件方法从根本上降低了定制科学设备的成本[7，8]。图五、 随机RepRap用户使用互联网上的开源原则合作的3D打印部件能够超越专有3D打印机公司（ABS顶部图表上的黑线），因为他们的专利和停滞不前的创新，他们领先了20年。RepRap用户还将可持续来源的PLA确定为理想的熔融薄膜制造材料（下图的拉伸强度明显高于ABS）。J.M. 皮尔斯科学讲座4（2022）1000834图六、开源3D打印机专门为人道主义危机中的弹性设计，以制造特定社区所需的任何零件，组件或产品。图7.第一次会议。一台三角洲风格的RepRap 3-D打印机已被转换为3-D阶段，用于科学，包括混合（左和中）和与开源注射泵耦合的液体处理，填充标准96孔板的孔[11]。图8.第八条。一个开源的delta风格的RepRap被用作USB显微镜的3D显微镜载物台（左）和传统显微镜下的载物台（右）[12]。使用开源ImageJ软件，所有用户都可以使用照片拼接和照片堆叠J.M. 皮尔斯科学讲座4（2022）1000835图9.第九条。一个完全3D可打印的开源离心机（左）[13]。离心机的性能可以使用网络摄像头或手机摄像头上的开源计算机视觉软件进行量化（右）。图10个。来自开源注射泵库的Raspberry-Pi控制的双开源注射泵，可以围绕任何类型的注射器或电机进行定制，用于各种科学或医疗应用[14]。该注射泵的设计已被下载超过10，000次，可以使用下载的替代值[15]量化，为科学界节省了超过2000万美元的补偿专有泵。这种开放硬件开发的资助者可以从他们的投资中获得两位数和三位数的回报[16]。J.M. 皮尔斯科学讲座4（2022）1000836图十一岁根据Google Scholar的数据，自由和开源硬件（FOSH）呈指数级增长，仅落后于自由和开源软件（FOSS）15年[17]。这种快速增长在很大程度上是由于大量的经济节省，与同等或更少的专有工具相比，平均节省87%[18]。当使用开源电子产品和3D打印时，这些节省增加到94%[18]。图12个。HardwareX是一个开放获取的期刊，致力于出版专门的开放硬件，如开源微量注射器自动进样器Osmar [19]。J.M. 皮尔斯科学讲座4（2022）100083[27][28][29][2图13岁HardwareX有一个关于开放硬件的特刊，以帮助人们在COVID-19大流行期间，并发布了一些有用的开源设计，包括：高温3D打印机制造热消毒PPE（顶行左）[20]，部分RepRapable自动袋阀面罩呼吸机（顶行右）[21]，动力空气净化颗粒物净化器（第二行左）[22]，使用低成本电子元件的非接触式温度计（第二行右）[23]，呼吸机测试仪[24]，用于COVID-19和其他呼吸道病毒采样的参数鼻咽拭子[25]，使用UV-C辐射消毒N95口罩的设备[26]，3D打印-J.M. 皮尔斯科学讲座4（2022）1000838图十四岁HardwareX将在2022年和2023年发行一期特刊，用于开发有可能使世界脱碳的开放硬件。这包括用于监测二氧化碳的低成本开放硬件设备[29]。图十五岁 HardwareX特刊还在寻找直接抵消碳排放的技术，如太阳能光伏热泵（在北美某些地区刚刚变得经济[30]），任何有助于运输电力，可再生能源，存储或效率的技术。J.M. 皮尔斯科学讲座4（2022）1000839图十六岁 HardwareX特刊正在寻找开放的硬件技术，这些技术可以帮助扩大可再生能源的使用，例如用于农业等智能农业运营的低成本气候站[31]。图十七岁一项研究的图形摘要显示，太阳能光伏货架的开源设计可以将成本降低49%至77%，并可为世界上任何地方定制[32]。木材是一种可持续的建筑材料，也可以吸收二氧化碳。图十八岁用于蒸发光伏（FPV）系统的开源设计，不仅降低了成本，提高了PV的性能，还减少了蒸发造成的水损失[33]。J.M. 皮尔斯科学讲座4（2022）10008310图十九岁与专有机架相比，开源3-D打印的基于x线的太阳能光伏机架系统降低了85- 92%的成本[ 34 ]，这特别适合赤道附近的发展中国家[ 35 ]。图20. 带有充电控制器、熔断电池、避雷器、熔断直流负载和不受充电控制器控制的较大逆变器的大型太阳能光伏系统。 这一设计来自自由基-- To C a t c h e S u n [ 3 6 ]。 你可以下载一个免费的pdf文件，它是tt p：//to cc hhe s u n。co m/资金这项工作得到了汤普森基金会的支持数据可用性文章中描述的研究未使用任何数据确认我要感谢Telli Faez的有益讨论和支持。申报利益作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。引用[1] www.journals.elsevier.com/hardwarex/forthcoming-special-issues/special-issue-on- 开放源代码脱碳为一个可持续的世界。[2] E.W. Prehoda，J.M.Pearce，美国用太阳能光伏发电替代煤炭所挽救的潜在生命，更新。苏 斯 特 能 量 。Rev. 80 （ 2017 ） 710 -715，http：/ /dol. 或g/10 。1016/j 。 rs e r.201705。一百一十九。[3] J.M.Pearce，Towardsquantitablemetricsapproachingindustrywidecorporatedeathpenalties，Soc.Sci.8（2019）62，https://doi.org/10.3390/socsci8020062。[4] J.M. Pearce ， Strategic investment in open hardware for national security ，Technologies 10（2 0 22）53，h ttp s：//d oi. 或g/10。33 90/t ec hno l o gi es 10 02 0 0 5 3.[5] D.L. King、A.Babasola，J.Rozario，J.M.Pearce，移动开源太阳能3D打印机用于离网社区的分布式制造，Challeng。坚持住。 2（20 14）18- 2 7，h t t p s：/ / d o i. 或g/10。1 2 9 24/c is 201 4. 020 1 0 0 1 8.[6] J. Gwamuri，D.Franco，K.Y.汗湖，澳-地Gauchia，J.M.Pearce，高效太阳能-Powered3D printers for sustainable development ， Machines 4 （ 2016 ） 3 ，https：//doi. org/10.3390/machines4010003。[7] J.M. Pearce，Building research equipment with free，open-source hardware，Science337（2012）13 03- 1 3 0 4，h t t p s：/ / d o i. 或g/10。1126/s cie n ce. 12 2 8 1 8 3.[8] J.M. Pearce，开源实验室：如何构建自己的硬件并减少研究成本，爱思唯尔，2013年。J.M. 皮尔斯科学讲座4（2022）10008311[9] B.M. Tymrak，M.Kreiger，J.M.Pearce，在现实环境条件下使用开源3D打印机制造的组件的机械性能，Mater。Des. 58（2 0 14）2 42- 2 4 6，h t t p s：// d o i. 或g/10。1016/j。我知道了。201 4. 02. 03 8.[10] B.L. Savonen ， T.J.Mahan ， M.W. 柯 蒂 斯 ， J.W.Schreier ， J.K.Gershenson ，J.M.Pearce，用于人道主义危机响应的弹性3D打印机的开发，技术6（2018）30，https://doi.org/10.3390/technologies6010030。[11] C. 张湾，澳-地Wijnen，J.M.Pearce，用于低成本科学信息生态系统的开源3-D平台，J.Lab 。 自 动 21 （ 2016 ） 517 https://doi.org/10.1177/-525 ， www.example.com2211068215624406。[12] B. Wijnen，E.E.彼得森，E.J.亨特，J.M.Pearce，免费和开源的自动化3-D显微镜，J.Microsc. 264（2016）238https://doi.org/10.1111/jmi.12433。[13] S.S. Sule，A.L.Petsiuk，J.M.Pearce，开源完全3D打印离心机，在-s t rum ents3（2 019）30，h tt ps：//d oi. 或g/10。33 90/i s tru men ts 302 0 0 30.[14] B. Wijnen ， E.J.Hunt ， G.C.Anzalone ， J.M.Pearce ， Open-source syringe pumplibrary，PL oSO ne 9（20 14），e 10 7 2 1 6ht tps：//d oi. 或g/10。137 1/jur na l.pon ne. 010 7 2 16.[15] J.M.Pearce ， 量 化 开 源 硬 件 开 发 的 价 值 ， Mod.6 （ 2015 ）1https://doi.org/10.4236/me.2015.61001。[16] J.M.Pearce ， Returnoninvestmentforopensourcescientifichardwaredevelopment，Sci.公共政策43（2016）192https://doi.org/10.1093/scipol/scv034。[17] J.M. Pearce，Sponsored Libre Research Agreements to Create Free and Open S OurRCEsof TWA RE and HA RD WA RE，I N V E NTIONS3（20 18）4 4，HT TPS：//DOI. 或g/10。3 3 9 0/发明3030044。[18] J.M. Pearce， Economic savings for scienti ficfree and open source technology ： areview，Ha rd war eX8（2 020），e 00 1 39h ttp s：//do i. 或g/10。1016/j。哦，不，不。20 20. e0 0 1 39.[19] M.C.卡瓦略Murray，Osmar，the open-source microsyringe autosampler，Ha rd wareX3（20 18）1 0- 3 8，h t t p s：/ / d o i. 或g/10。1016/j。哦，不，不。201801. 001。[20] N.G. 斯克日普恰克Tanikella，J.M.Pearce，用于3-D打印可热灭菌PPE和其他应用的开源高温RepRap，HardwareX 8（2020）h ttp s：//do i。或g/10。1016/j。哦，不，不。2020. e0 0 1 30.[21] A. Petsiuk ， N.G.Tanikella ， S.Dertinger ， A.Pringle ， S.Oberloier ， J.M.Pearce，Partially Repable automated open source bag valve mask-based ventilator ，HardwareX 8（20 20）h tt ps：//do i. 或g/10。1016/j。哦，不，不。20 20. e00 131.[22] B.R. 哈伯德，J.M.Pearce，将自给式呼吸器面罩转换为用于消防员的开源动力空气净化颗粒物呼吸器，2019新型冠状病毒病报告，Ha rd wa reX8（20 20），e 00 1 29h tp s：//do i。或g/10。1016/j。哦，不，不。2020. e0 0 1 29.[23] M.J. Mnati，R.F.Chisab，A.M.Al-Rawi，A.H.Ali，A.V. den Bossche，使用低成本电子元件的开源非接触式温度计，HardwareX 9（2021）ht tps：//d oi。或g/10。1016/j。哦，不，不。2021。e 00 1 8 3.[24] T. Ausairi 、 阿 氏 藻 A.Irfan， Basari ， COVENT-Tester ： a low-cost ， open sourceventilator tester，H ar dw ar eX9（2 0 2 1）https：//doi. 或g/10。1016/j。哦，不，不。2021。e00 1 9 6.[25] N. 盖洛普，上午Pringle，S.Oberloier，N.G.Tanikella，J.M.Pearce，用于COVID-19和其他呼吸道病毒采样的参数化鼻咽拭子：开源设计，S LA3-D打印和UV打印系统，H ardw ar eX8（20 20）h ttp s：//do i. 或g/10。1016/j.oh X. 2020. e00135。[26] M. Bentancor，S.费尔南德斯角Viera，S.埃切韦里角波拉多苏山口 蒙特穆伊尼奥岛米拉索省Irigoyen，A.萨纳布里亚湾Failache，LUCIA：使用UV-C辐射对N95口罩进行消毒的开源设备，HardwareX 9（2021）h tt ps：//do i。或g/10。1016/j。哦，不，不。20 21。e00 181.[27] T. 新泽西州阿贾奈里Sumantri，A.Irfan，R.M.Mohamad，Infrared thermometer onthe wall（iThermowall）：an open source and 3-D print infrared thermometer forfever screening，Ha rdw areX9（20 21）h ttp s：//do i. 或g/10。1016/j。哦，不，不。2020. e0 0 1 68.[28] J. Chang，A. Acosta，J. Benavides-Aspiazu，J. Reategui，C. Rojas，J. Cook，R.诺莱湖Giampietri，S.Pérez-Buitrago，F.L.卡萨多湾Castaneda，Masi：一种机械呼吸机基于具有远程医疗能力的手动复苏器，其用于在CO VID-19c ris期间患有ARDS的患者，Hardwa reX9（20 21）h tp s：//doi。或g/10。1016/j。哦，不，不。 2021.e00187。[29] S.L. 布朗，C.S.Goulsbra，M.G.Evans，T.希斯，E。Shuttleworth，低成本CO2传感：一种简单的微控制器方法与校准和现场使用，HardwareX 8（2020）h tt ps：//do i。或g/10。1016/j。哦，不，不。20 20. e0 0 1 36.[30] J.M. 皮尔斯，N。Sommerfeldt，与热泵耦合的并网太阳能光伏系统的经济学：美国北部气候的案例 and Canada，Energies 14（2021）8 34， h ttp s：//do i. 或g/10。3390/en 14040834.[31] J.S. 博特罗-巴伦西亚湾Mejia-Herrera，J.M.Pearce，利用光伏能源和无线通信进行智能农 业 应 用 的 低 成 本 气 候 站 ， HardwareX11 （ 2022 ） ， e00296https://doi.org/10.1016/j.oh X.2022.e00296。[32] N. Vandewetering，K.S.Hayibo，J.M.Pearce，位置对DIY低成本固定倾斜开源木材太阳能光伏支架的设计和经济学的影响，设计6（20 2 2）41，https：//doi。或g/10。3390/designs60 3 0 0 4 1。[33] P. 北卡罗来纳州梅维尔Patil，J.M.皮尔斯，分布式制造的售后市场可伸缩涂层光伏组件，维持。能源技术评估42（100）（2020）8 30，ht tps：//d oi. 或g/10。1016/j。s et a.2 0 2 0. 100 8 3 0.[34] B.T. Wittbrodt，J.M.皮尔斯，美国总计低重量的基于张力的光伏电池屋顶安装式货架的成 本 评 估 ， 溶 胶 。Energy117 （ 2015 ） 89https://doi.org/10 。1016/j.solener.2015.04.026。[35] B. Wittbrodt，J.M.皮尔斯，发展中国家的3D打印太阳能光伏货架，能源维持。Dev. 36（2017）1https://doi.org/10.1016/j.esd.2016.08.001。[36] L. Grafman，J.M.皮尔斯，捕捉太阳：纪念社区即将到来的故事一起分享他们自己的太阳能，以及你如何也能做到 洪堡大学出版社，2021年，出版于http：//tocatechthesun。c om/.John M. 汤普森信息技术与创新讲座教授，西部大学艾维商学院电子计算机工程系教授&。Joshua M.皮尔斯就是约翰·M汤普森主席在信息技术和创新的 汤 普 森 中 心 工 程 领 导 创 新 。& 他 在 加 拿 大 Ivey 商 学 院 和Western University电子计算机工程系&他负责管理自由适当的可持续发展技术研究小组。他的研究集中在使用开源适当技术（OSAT），以寻找可持续发展问题的合作解决方案和减少贫困。他的研究涵盖了太阳能光伏技术的工程领域，开放硬件，分布式回收和使用RepRap 3D打印的增材制造（DRAM），但也包括政策和经济。他的研究定期被国际和国内新闻界报道根据爱思唯尔去年的引文指标，他是全球被引用次数最多的科学家中的前0.06%，并且由于他在Academia.edu上的可访问研究而连续排名前0.1%他是HardwareX的主编，HardwareX是第一个专门研究开源科学硬件的期刊，也是开源实验室的作者：如何构建自己的硬件并降低研究成本，使用开源项目创建，共享和节省资金，以及捕捉太阳，这是一本开源书籍，讲述了社区聚集在一起利用自己的太阳能的鼓舞人心的故事，以及你如何做到这一点！
我的内容管理
展开
