Soutěž v mikroskopii na MIT odhalila kreativitu studentů

Laboratoř Breakerspace na MIT, spadající pod katedru materiálového inženýrství, se 10. března proměnila v uměleckou galerii. Šest stojanů s obrazy – černobílé snímky z rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM) zmačkaných biologických struktur a zářivé barvy digitální optické mikroskopie – zaujaly návštěvníky.

Obrázky byly vítěznými příspěvky z prvního ročníku soutěže Breakerspace Microscope Image Contest, která byla zahájena na podzim roku 2024. Soutěž vyzvala všechny vysokoškolské studenty MIT k zaškolení na mikroskopických přístrojích Breakerspace, k prozkoumání vzorků materiálů a k pořízení uměleckých, poučných nebo technicky náročných snímků.

„Cílem soutěže je inspirovat zvědavost a kreativitu a povzbudit studenty k prozkoumání zobrazovacích nástrojů v Breakerspace,“ říká profesor Jeffrey Grossman z katedry materiálového inženýrství (DMSE). „Chceme, aby studenti viděli krásu a složitost materiálů na mikroskopické úrovni, aby kriticky přemýšleli o snímcích, které pořizují, a aby sdělovali, co tyto snímky znamenají ostatním.“

Grossman byl hybnou silou za vznikem Breakerspace, laboratoře a společenské místnosti určené k povzbuzení vysokoškolských studentů MIT k prozkoumání světa materiálů.

Soutěž přilákala přibližně 50 příspěvků ve čtyřech kategoriích:

• Nejpoučnější – snímky ilustrující klíčové koncepty s dokumentací
• Nejnáročnější – vyžadující značnou přípravu vzorků
• Nejlepší snímek z optického mikroskopu – barevný snímek vzorku
• Nejlepší snímek z elektronového mikroskopu – zvětšení stovek nebo dokonce tisícůkrát

Vítězové ve čtyřech kategoriích obdrželi 500 dolarů a dva finalisté 100 dolarů.

„Doufáme, že motivací formou soutěže s cenami podpoříme větší zapojení studentů do mikroskopie a zlepšíme jejich propojení s komunitou materiálových věd na MIT,“ říká Grossman.

Okno do výzkumu

Amelia How, studentka druhého ročníku DMSE a vítězka kategorie Nejpoučnější, použila SEM k ukázce toho, jak se atomy vodíku vsáknou do titanu – jev zvaný vodíková křehkost, která může oslabit kovy a vést k poruše materiálu v aplikacích, jako je letectví, energetika nebo stavebnictví. Snímek vzešel z Howina výzkumu v laboratoři docentky Cem Tasan prostřednictvím programu MIT Undergraduate Research Opportunities Program (UROP). Vyškolila se na SEM pro soutěž poté, co viděla emailové oznámení.

„Pomohlo mi to uvědomit si, jak vysvětlit, co vlastně dělám,“ říká How, „protože práce, kterou dělám, je součástí článku, ale většina lidí si ho nepřečte.“

Mishael Quraishi, studentka čtvrtého ročníku DMSE a vítězka kategorie Nejlepší snímek SEM, zachytila květinu Alstroemeria a její pylonosnou strukturu, prašník. Do soutěže se přihlásila především proto, aby si vyzkoušela mikroskopii – sdílení této zkušenosti bylo ale stejně obohacující.

„Opravdu se mi líbí, jak vypadají elektronové snímky,“ říká Quraishi. „Ale když jsem snímky pořizovala, dokázala jsem lidem ukázat, jak vypadá pyl v opravdu malém měřítku – je to spíše nepoznánatelné. To byla nejpříjemnější část: sdílení snímku a následné vyprávění lidem o technice.“

Quraishi, prezidentka Society of Undergraduate Materials Scientists, také organizovala tuto akci v rámci Materiálového týdne, iniciativy vedené studenty, která poukazuje na lidi, výzkum a dopad katedry.

Vytrvalost v praxi

Vítězka kategorie Nejnáročnější, studentka druhého ročníku DMSE Nelushi Vithanachchi, získala nejen zkušenosti s mikroskopií, ale i vytrvalost. Kategorie vyžadovala značné úsilí při přípravě vzorku – a Vithanachchi strávila hodiny odstraňováním problémů.

Její vzorek – rytina Velké kupole MIT v karbidu křemíku – byl vyroben pomocí zaostřeného iontového paprsku, nástroje, který tvaruje materiály bombardováním ionty, neboli nabitými atomy. Proces vyžaduje přesnost, protože i malé posuny mohou vzorek zničit.

Při prvním pokusu se při frézování fasády kupole vzorek posunul a zlomil. Druhý pokus s jiným designem také selhal. Za to, že pokračovala, vděčí svému poradci z UROP, Aadityovi Bhatovi z výzkumné skupiny docentky Jamese LeBeau.

„Byla čtyři ráno a po třetím neúspěchu jsem řekla: ‚Už to nedělám,‘“ vzpomíná Vithanachchi. „Pak Aaditya řekl: ‚Ne, musíme dokončit, co jsme začali.‘“ Po čtvrtém pokusu, s využitím poznatků z předchozích selhání, se jim konečně podařilo vytvořit strukturu, která připomínala MIT dome.

Anna Beck, studentka druhého ročníku DMSE a finalistka kategorie Nejlepší snímek z elektronového mikroskopu, měla úplně jinou zkušenost. „Pro mě to bylo velmi uvolněné. Prostě jsem si sedla a pořizovala snímky,“ říká. Její příspěvek byl snímek SEM z vláken vysoce hustotního polyetylénu (HDPE) z náramku z akce. HDPE je odolný materiál používaný v obalech, potrubí a spotřebním zboží.

Během procesu Beck získala přehled o složení a mikroskopických technikách – a těší se na uplatnění získaných poznatků v příští soutěži na podzim roku 2025. „Když se na to zpětně podívám, přála bych si, abych trochu zvýšila jas.“

Ačkoli 35 % přihlášek pocházelo od studentů DMSE, většina – 65 % – pocházela od studentů jiných oborů nebo studentů prvního ročníku.

Organizátoři doufají, že první ročník soutěže, která předvedla jak kreativitu, tak technické dovednosti, přiláká ještě více studentů, kteří do mikroskopického světa vnesou nové perspektivy a objevy. Soutěž se bude konat znovu na podzim 2025.

„První ročník soutěže přinesl neuvěřitelnou škálu příspěvků. Bylo vzrušující vidět, jak se studenti novými způsoby zapojují do mikroskopie a sdílejí své objevy,“ říká Grossman. „Breakerspace byl navržen pro všechny vysokoškolské studenty bez ohledu na obor nebo úroveň zkušeností – ať už provádějí výzkum, zkoumají nové materiály nebo jsou prostě zvědaví, z čeho se něco skládá. Těšíme se na rozšíření účasti a na povzbuzení ještě většího počtu přihlášek v příští soutěži.“