卡内基梅隆学生创新微观检测技术

想象一下，你正试图通过显微镜在一片玻璃载片上寻找一朵雪花——不是用肉眼，而是借助显微镜的视野，并且这也不是普通的雪花，而是一朵肉眼无法看见的“雪花”。这正是Patrick Kaczmarek 所面对的挑战。他将量子物理、机器人技术与机器学习相结合，让不可见之物变得可见。

Kaczmarek是卡内基梅隆大学一名大三学生，主修应用物理，辅修机械工程。凭借夏季本科生研究奖学金，他参与了一项前沿交叉研究——通过融合量子物理、机器人技术与机器学习，实现微观世界中的“视觉突破”。

他的研究聚焦于自动化检测二维材料。这类材料仅有一个原子层的厚度，却拥有卓越的电子与光学特性，常被称为“扁平乐高”，因为它们可以像积木一样堆叠、组合，构建出全新结构。这类材料已被应用于高速列车、超灵敏医学成像设备，以及具备超导等先进功能的计算机中。然而，寻找并操控这些超薄片层并非易事。

“研究生们常常要花上好几个小时，盯着显微镜载片寻找这些薄片，”Kaczmarek说，“这实在有些‘不人道’。”

为解决这一难题，Kaczmarek开发了一套集成系统。该系统结合机械臂、电动显微镜载物台与高斯混合模型，能自动扫描载片、识别二维薄片的厚度与面积，并标记出适合器件制备的样品——尤其是极难捕捉的单层材料。整个过程旨在实现高效、精准的检测与分类。

该装置被设计用于手套箱内——一个密封的操作环境，研究人员可通过箱体上的手套安全处理敏感材料，同时避免样品暴露于空气、湿气或直接接触，维持所需的真空或惰性气氛。这一点至关重要，因为许多二维材料在空气中会迅速降解。

对Kaczmarek而言，这个项目格外有意义，因为它联结了他所修习的两个领域。

“在物理学中，我研究量子尺度下的材料行为；在机械工程中，我学习系统设计与实现，”他解释道，“而这项研究让我能将两者融合，创造出新东西。”

除了科研，Kaczmarek也积极参与卡内基梅隆火箭指挥中心的项目，与来自不同学科的学生合作，共同设计复杂的电气系统。他说：“卡内基梅隆大学让我成为了我想成为的人——在这里，我可以与任何人合作，尝试任何事情。”

展望未来，Kaczmarek计划继续攻读博士学位，投身于纳米尺度制造领域。他认为这一领域既充满智力挑战，又富有实践价值。

“研究不只是解题练习，”他总结道，“更是让想法落地成真——将已知的知识与未知的探索连接起来，创造出前所未有的可能。”