Foldscope a imprimé un microscope 2 000× sur une feuille de papier coûtant moins de 1 $

Au milieu des années 2000, les visites de terrain ne cessaient de montrer au bioingénieur de Stanford Manu Prakash la même scène : des cliniques et des salles de classe sans microscope, ou avec un instrument encombrant qui restait cassé faute de personne capable de l'entretenir. Les microscopes conventionnels concentrent la précision dans des bâtis métalliques usinés, réglés par des mains entraînées, ce qui les rend coûteux à acheter et coûteux à maintenir en état de marche là où il n'y a pas de techniciens. En 2012, lui et l'étudiant en doctorat Jim Cybulski ont posé la question inverse : et si la feuille d'expédition elle-même était l'instrument ?

Le Foldscope est un microscope optique en origami imprimé sur une feuille de papier plane. Un pli net introduit de l'énergie élastique, et des boucles structurelles fermées de papier plié créent des contraintes cinématiques — ainsi, lorsque l'utilisateur plie le long des rainures imprimées, la lentille sphérique, l'illuminateur et la platine se mettent d'eux-mêmes en alignement avec une précision reproductible de quelques dizaines de microns. Le montage prend moins de 10 minutes sans outil, et l'alignement résiste au pliage et dépliage par des mains non entraînées.

Des lentilles sphériques interchangeables déterminent le grossissement, qui varie inversement au diamètre de la lentille, de moins de 100× à plus de 2 000× ; l'unité de base pèse 8,8 grammes, tient dans une poche à 70×20×2 mm, et sa LED fonctionne 50 heures sur une pile bouton. Comme le format plat tolère les configurations en champ clair, champ sombre et fluorescence, la même plateforme imprimée sert au dépistage sur frottis sanguin et à l'écologie de terrain, pas seulement aux démonstrations.

L'article de 2014 dans PLOS ONE a rendu le design libre d'étude : les pièces coûtent moins d'un dollar, la résolution est submicronique, et l'équipe soutenait que l'impression rouleau à rouleau pourrait monter à un milliard d'unités par an. Prakash a présenté un précurseur à 50 cents sur la scène TED en 2012, et en 2018 Foldscope Instruments montait en production vers 2,5 millions d'unités, le Département de biotechnologie de l'Inde plaçant des Foldscopes et des subventions dans 445 écoles et collèges publics.

Imprimez-le à plat ; le pliage est la chaîne de montage.

La précision a été sortie de la fabrication : les plis et les lentilles sphériques s'alignent passivement, si bien que la précision survit à un montage non qualifié sur un pupitre de classe.

Les lentilles sphériques sont des pièces courantes à symétrie de révolution, si bien que toute la nomenclature est du papier, une sphère, une LED et une pile bouton — moins de 1 $.

Une feuille imprimée plane s'expédie comme de la papeterie, résiste aux chutes et à ce qu'on s'assoie dessus, et ne nécessite aucun contrat d'entretien là où un instrument cassé reste généralement cassé.

L'espace de conception s'étend par changement de lentille : le même corps imprimé accueille le champ clair, le champ sombre et la fluorescence, si bien qu'une seule plateforme couvre le diagnostic et l'éducation.

Publier le design ouvertement a transformé chaque professeur de sciences en canal de distribution au lieu de protéger la propriété intellectuelle.

Quand un outil est trop cher à distribuer, reconcevez-le pour que le procédé le moins cher — l'impression — fasse aussi le travail de précision. L'auto-alignement transforme l'échelle en un tirage d'impression, pas en une usine.

Foldscope Instruments, cofondée par Cybulski, a poussé la production de masse vers 2,5 millions d'unités d'ici la fin de 2018 et prévoyait une fabrication régionale plutôt qu'une seule usine d'exportation. Le Département de biotechnologie de l'Inde a financé des kits Foldscope et des subventions dans 445 écoles et collèges publics, et des instituts de recherche indiens ont commencé à tester le microscope en papier face aux instruments de laboratoire clinique pour le diagnostic des maladies. Le design est devenu un point de référence standard pour la science frugale, aux côtés de la centrifugeuse en papier ultérieure du laboratoire.