Nākamā lielā lieta MIT būs ļoti, ļoti maza

Oficiāli tas ir pazīstams kā MIT.nano. Taču ēkas celtniecībā iesaistītajiem cilvēkiem patīk to saukt par Mašīnu.

Tas ir trāpīgs nosaukums ievērojamajam jaunajam objektam, kas veidojas bezgalīgā koridora attālumā. Ēka ir paredzēta, lai izvietotu divus stāvus tīras telpas, kas aprīkota ar pasaulē vismodernākajiem nanomēroga izpētes instrumentiem, un ēka patiešām būs sava veida augsto tehnoloģiju iekārta, kas dungos ar gaisa apstrādes iekārtām un simtiem sensoru, kas pastāvīgi uzrauga katru aspektu. vide.

Ikviens, kurš skatās pa logiem gar Bezgalīgo, ir redzējis dramatisku progresa gadu vietnē MIT.nano, kas atrodas blakus MIT ēkai 10 ar tās Lielo kupolu. Tas, kas sākās kā ļoti liels caurums zemē, ir izveidojis tērauda rāmi ar stikla un betona ārsienām, kas lielākoties atrodas vietā. Līdz 2018. gada vasarai objektā, kura celtniecība ir viens no lielākajiem, vērienīgākajiem un izaicinošākajiem ēku projektiem, kāds jebkad veikts MIT, tiks uzsākti pētījumi par struktūrām atomu un molekulu mērogā.

MIT.nano virsbūve 2016. gada marta sākumā.

Pēc pabeigšanas šī, iespējams, būs vissarežģītākā ēka universitātes pilsētiņā, saka Vladimirs Bulovičs, MIT.nano mācībspēku vadītājs. Tās sistēmas ir ļoti integrētas un izsmalcināti noregulētas, kā tās būtu sarežģītā, lieliskā iekārtā.

Šīs sistēmas saglabās īpaši senatnīgu vidi, kas nepieciešama nanotehnoloģiju izpētei. Pēc dažiem gadiem kāds staigās pie ēkas ar stikla sienām, iespējams, būs aculiecinieks, kā pētnieks strādā pie kādas jaunas ierīces, kas radīs revolūciju farmaceitisko līdzekļu ražošanā, ūdens attīrīšanā vai elektroenerģijas uzglabāšanā.

Daļa no mikroelektromehāniskās sistēmas (MEMS) ierīces, ko MIT Microsystems Technology Laboratories ražoja galddatora ražošanas ierīcē.

MIT.nano mērķis ir ietvert visus visprogresīvākos nanomēroga rīkus, kas varētu veicināt tehnoloģiju un zinātni, saka Bulovičs, kurš ir Fariborz Maseeh jauno tehnoloģiju profesors un Inženierzinātņu skolas inovāciju dekāns. Tas ļaus jums manipulēt ar jebko, sākot no atsevišķiem atomiem līdz rokās turamiem objektiem. Tas nodrošinās veidu, kā veikt [visu no] atomu mēroga atklājumiem līdz mikronu mēroga atklājumiem līdz milimetru mērogam līdz rokas izmēram. Mēs varēsim manipulēt ar lietu tādā mērogā, kādu jūs nevarat darīt nekur citur universitātes pilsētiņā.

Mūsdienās pētniekiem, kuriem darbam ar nanotehnoloģiju ir jāizmanto tīras telpas un specializēti rīki, kas atrodas vairākos 39. ēkas stāvos, ir jāpieliek lielas pūles, lai izvairītos no paraugu piesārņošanas, un viņiem ir jāturpina mainīt tīras telpas apģērbu. — kad viņi nēsā savas ierīces un strādā no vienas šādas telpas uz otru. Un pieprasījums pēc nepieciešamā aprīkojuma ir tik liels, ka dažiem MIT pētniekiem ir nācies veikt daļu sava darba Hārvardā.

Nanomēroga plēvi, ko izstrādājuši Paula Hammond '84, PhD '93 un Bryan Hsu, PhD '14, var izmantot, lai piegādātu medikamentus ar tiešu injekciju vai pārklājot implantējamas medicīniskās ierīces.

MIT.nano vairāk nekā dubultos Institūta kopējo telpu nanomēroga pētījumiem, padarot centrāli novietotu, modernu aprīkojumu viegli pieejamu ikvienam, kam tas ir nepieciešams. Uztveriet to kā ekstrēmu veidotāju telpu, saka Bulovičs.

Atomu stumšana apkārt

Mēs esam zinājuši daudzus, daudzus gadus, ka lietām ir nozīme nanomērogā, saka Bulovičs. Bet ilgu laiku mums nebija iespējas īsti apskatīt. Pēc tam 1981. gadā IBM pētnieki izgudroja skenējošo tunelēšanas mikroskopu — pirmo instrumentu, kas varēja redzēt atsevišķus atomus. Un tas, viņš saka, ļāva mums tuvāk saprast, kāpēc nanomērogs dara to, ko dara.

Daudzas lietas, ko mēs piedzīvojam vai lietojam ikdienā, ir balstītas uz nanotehnoloģiju, taču mēs to īsti nenovērtējam, saka Bulovičs. Mazgāšanas līdzekļi nodrošina tīru apģērbu gaišāku par balto mirdzumu, jo tajos tiek izmantoti nanomēroga fosfori. Viss, ko jūs smaržo, ir smaržu molekulas, kuru izmērs ir viens nanometrs — jūsu degunam ir nanomēroga detektori, lai sajustu šo smaržu. Mūsu garšas kārpiņas sajūt mūsu ēdienā esošās nanomēroga un mikromēroga iezīmes — tas ir tas, kas mums sniedz garšas sajūtu. Kāpēc keramikas flīzes šķiet vēsākas nekā koka grīda, lai gan patiesībā abām ir vienāda temperatūra? Atšķiras atomu mēroga, nanomēroga atomu piesaiste un veids, kā tie vada siltumu prom no ķermeņa.

MIT un Saūda Arābijas inženieru izstrādātā virsma ir pārklāta ar nanomēroga ferofluīdu, kas ļauj magnētiski kontrolēt ūdens pilienus un daļiņas.

Kopš ieguvuši spēju aplūkot atomus, pētnieki arvien vairāk ir iemācījušies manipulēt un veidot struktūras šādā mērogā. Tagad nanotehnoloģijas — tādu materiālu izgatavošana vai manipulācijas, kuros vismaz viena no trim dimensijām tiek mērīta nanometros (metra miljarddaļās) — ir satriecoša darba klāsta priekšgalā. To izmanto, lai izstrādātu jauna veida sistēmas zāļu ražošanai un zāļu piegādei, radikāli jaunus materiālus saules enerģijas uztveršanai, ļoti efektīvus ūdens attīrīšanas veidus, bioloģiski saderīgas šķiedras, kas varētu nodrošināt gan stimulus, gan medikamentus, vienlaikus atgriežot datus par ķermeņa reakcijām, robotu ierīces. spēj manipulēt ar molekulām, strukturētiem nanomateriāliem, kas var atraisīt kvantu skaitļošanas jaudu un daudz ko citu.

Nanotehnoloģija pēc savas būtības ir daudznozaru. Patiešām, pētījumiem, kas tiks veikti MIT.nano tīrajās telpās, attēlveidošanas iekārtās un prototipu izgatavošanas telpās, var būt liela ietekme visās zinātnes un inženierzinātņu jomās, kas ir tik plašas, ka aptuveni 2000 mācībspēku, pēcdoktorantu, un ir paredzēts, ka studenti šo objektu izmantos katru gadu. No jaunizveidotajiem mācībspēkiem to, iespējams, izmantos vairāk nekā puse Zinātņu augstskolā un divas trešdaļas Inženieru augstskolā.

MIT.nano atveidojums no 4. ēkas.

Piekļuves piešķiršana pētniekiem varētu dot lielus rezultātus. Piemēram, Bulovičs saka, ka pasaule tagad galvenokārt darbojas ar elektrību, bet tās ražošana un izmantošana var būt ļoti neefektīva, un nanotehnoloģijas varētu sniegt uzlabojumus daudzās jomās, tostarp fotogalvaniskajās jomās. Tiek piedāvātas dažas iespējas, kas varētu no jauna definēt saules bateriju darbību, jo varat sākt izmantot materiālu nanomēroga struktūru jeb kvantu punktus, lai radītu plānākas, vieglākas, izvietojamākas saules baterijas par jebkuru iepriekšējo saules bateriju tehnoloģiju. Viņš saka, ka rezultāts ir mērogojamāks. Tas būtu spēles maiņa.

Nanotehnoloģijas varētu arī palīdzēt novērst draudošo krīzi enerģijas izmantošanā skaitļošanas jomā. Mākoņdatošana mūsdienās patērē varbūt 3 vai 4 procentus no visā pasaulē patērētās elektroenerģijas, saka Bulovičs, taču tas strauji pieaug: tiek prognozēts, ka pēc desmit gadiem mums vajadzēs tūkstošreiz vairāk mākoņdatošanas. Izmantojot jaunas mikroshēmas, kuru pamatā ir nanotehnoloģijas, milzīgi efektivitātes lēcieni var izvairīties no radītā jaudas trūkuma.

MIT inženieri izstrādāja atomu spēka mikroskopu, kas 2000 reižu ātrāk nekā komerciālie modeļi uzņem tādu struktūru attēlus, kas ir tik mazas kā nanometra daļa.

Jaunas iespējas nano sensoru jomā arī sola lielus solījumus. Pētnieki, tostarp Timotijs Svagers, strādā pie daudzfunkcionāla elektroniska deguna, kas varētu uztvert sprādzienbīstamas pēdas gaisā, ķīmiskas vielas, kas atrodas uz virsmām, vai gāzes, kas norāda uz produkta nogatavošanos.

Un līdzīga pieeja varētu pārveidot veselības aprūpi. Ja jūs varat uzraudzīt gāzes, kas izplūst jūsu elpā, vai jūs varētu secināt par indivīda veselības stāvokli? Jūs varētu — jums vienkārši nepieciešams pareizais ķīmiskais sensors, saka Bulovičs.

Veids, kā mēs vēlamies ietekmēt šīs šūnas, kontrolēt tās, uzlabot, izārstēt, piegādāt zāles: nanomēroga medicīna ir milzīga robeža. Tā ir mūsu ķermeņa darbības funkcionālā skala.

Kuģa būvēšana pudelē

MIT.nano ēkas celtniecība ir biedējošs inženiertehnisks izaicinājums. Ēkas vieta tika izvēlēta, jo tā ir pakļauta daudz mazākai satiksmes, metro un vilcienu radītai vibrācijai un daudz mazākai elektromagnētisko traucējumu ietekmei nekā jebkurā no pārējām četrām iespējamām vietām. Pat tik tikko pamanāmi šāda veida traucējumi var izjaukt eksperimentu vai izkropļot attēlu nanomērogā. Bet atrašanās vieta ir pašā universitātes pilsētiņas centrā. Tas padarīja kravas automašīnu iekraušanu vai izņemšanu tik ciešu spiedienu, ka par projektu atbildīgā komanda to pielīdzina kuģa būvēšanai pudelē.

Vladimirs Bulovičs, MIT.nano mācībspēku vadītājs un inženierzinātņu skolas inovāciju asociētais dekāns būvlaukumā.

Viens no neskaitāmajiem grūtajiem uzdevumiem bija betona pamatnes ieliešana ēkas attēlveidošanas ierīcēm pagraba līmenī. Pagrabā atrodas četrus miljonus mārciņu vērta plāksne, uz kuras sēdēs jutīgākais instruments, skaidro Bulovičs. Šī plāksne bija jāielej ar vienu vienas dienas izliešanu. Kā uz vietu nogādāt četrus miljonus mārciņu betona, ja jums ir tikai 90 minūtes no betona iepildīšanas līdz ieliešanai, un tas sacietē 15–30 minūtes pēc piegādes? Jums ir jāpārliecinās, ka esat izvēlējies tieši pareizo laiku. Lai piegādātu tik daudz, jums ir nepieciešami 90 cementa kravas automobiļi, un tie visi ir jāsaskaņo, lai tie nonāktu īstajā brīdī. Ideālai koordinācijai vajadzēja apmēram astoņas stundas. Es to saucu par cementa kravas automašīnu baletu.

Tikmēr trīs šauras atveres starp ēkām un zem tām nodrošināja vienīgo piekļuvi kravas automašīnām un smagajai tehnikai, tostarp celtņiem, saka Treviss Vanats, projekta būvdarbu vadītājs. Lai samontētu daudzos divu torņa celtņu gabalus, kas ir bijuši būtiski, lai izsūktu tūkstošiem tonnu netīrumu un maigi nolaistu simtiem tonnu tērauda siju un citus materiālus, mums bija nepieciešams mobilais celtnis, un tas bija ļoti, ļoti grūti to iegūt. vietnē, Vanats atceras. Lai kravas automašīna, kas veda autoceltni, varētu nokļūt zem tilta starp 35. un 37. ēku, viņš stāsta, ka vienā brīdī mums bija jāizlaiž noteikts gaisa daudzums.
riepas.

Vietne MIT.nano (oranžā krāsā) atrodas akmens metiena attālumā no Bezgalīgā koridora, kas atrodas starp ēkām, kurās atrodas bioloģiskās inženierijas, fizikas, kodolzinātnes un inženierzinātņu, materiālu zinātnes un inženierijas nodaļas, kā arī Elektronikas pētniecības laboratorija.

Un sarežģījumi ne tuvu nav beigušies. Nākamā sarežģītākā piegāde būs gaisa apstrādes iekārtas un izplūdes iekārtas, saka Vanats. Mēs no PVC caurules izveidojām katras vienības lielākās daļas dabiskā izmēra kopiju, novietojām to kravas automašīnas aizmugurē un izbraucām pa ceļu, kuru mēs izvēlējāmies, lai pārliecinātos, ka mums ir pareizi atstarpes. Labāk to darīt ar plastmasas cauruli, nevis ar metāla kasti!

Liela daļa šīs ēkas interjera būs aptuveni 10 000 reižu tīrāka nekā parastais gaiss telpā, tādējādi sasniedzot 5. līmeņa tīrību, kas nozīmē, ka katrā telpas kubikpēdā ir mazāk nekā 100 daļiņas, kas lielākas par pusmikrometru. Salīdzinājumam, iekštelpu gaisā parasti ir miljons šādu daļiņu uz vienu kubikpēdu.

Šī ārkārtējā tīrība ir būtiska, jo nanodaļiņu, nanofilmu un nanošķiedru mērogā, ko pētnieki pētīs, viena putekļu daļiņa var sabojāt visu eksperimentu. Tā sasniegšana sākas būvniecības procesā. Strādniekiem, kas būvē tīrās telpas, būs jāievēro stingri protokoli, ieejot darba vietā. Uzskata, ka tā būtu pētniecības tīrā telpa, kurā notiek apmācība ikvienam, kam šajā telpā jāiet, saka Vanats. Atkarībā no tā, kādā [tīrības] līmenī mēs esam, viņiem būs jāvalkā Tyvek kostīmi, zābaciņi, cimdi, matu tīkliņi, kamēr mēs virzāmies cauri šī projekta posmiem.

Jauns universitātes pilsētiņas krustojums

Tā kā nanotehnoloģijas atrodas bioloģijas, ķīmijas, elektronikas, fizikas un inženierzinātņu (starp daudzu citu disciplīnu) krustpunktā, nejauša sakritība, ka klusākā vieta universitātes pilsētiņā vibrācijas ziņā izrādījās tuvu universitātes pilsētiņas centram. labi. Tāpēc ēkas plānošanas komandas mērķis bija izveidot telpu, kas veicinās sadarbību un mierīgumu.

Bulovičs saka, ka, neskatoties uz daudzajiem šķēršļiem pret ārējiem putekļiem un vibrācijām, telpa būs ļoti atvērta. Tai ir jābūt ierobežotai videi, bet kāpēc gan neizlikt logus visur, lai varētu ieskatīties iekšā un redzēt, kas tur notiek? viņš saka.

Patiešām, ēka vizuāli būs ārkārtīgi poraina, vietām ļaujot gaismai spīdēt cauri no vienas puses un ārā no otras. Tā ārsienas, kas tiks pabeigtas šoruden, lielākoties ir izgatavotas no stikla, tāpat kā daudzas laboratoriju iekšējās sienas un tīrās telpas. Apmeklētāji katrā līmenī varēs staigāt pa plašiem gaiteņiem, no kuriem paveras skats uz pagalmu un ēkām ārpusē, tostarp Lielo Domu, un viņi varēs vērot pētniekus pilnos aizsargkombinezonos, kapucēs, aizsargbrillēs un zābaciņos. veikt savus eksperimentus.

Pašā tīrajā telpā mēs vēlējāmies, lai būtu vizuāla komunikācija no viena gala līdz otram, saka Bulovičs. Tātad mums ir gari koridori, kas ir optiski netraucēti. Sienas, līči un sliedes ir caurspīdīgas. Jūs varat ieskatīties un redzēt tehniku ​​un cilvēku nākamajā un nākamajā līcī.

Viņš iztēlojas MIT.nano kā vietu, kas atvieglo nejaušas sastapšanās, nevis tikai vietu, kur cilvēki nāk, lai izmantotu instrumentus, kā to darītu tipiskā mašīnu darbnīcā. Tai ir jābūt vietai, kas ļauj jums uzsākt sarunu, ir vieta, kur atkāpties no instrumenta un pieiet pie tāfeles vai magnētiskās tāfeles, jo mēs nevēlamies putekļus, un ieskicēt nākamo. ideja, viņš saka. Mums ir kopīgas telpas, kas nodrošina šīs nejaušās tikšanās.

Kad iekārta tiks atvērta 2018. gada jūnijā, visas tās telpas piepildīšana ar ražošanas un attēlveidošanas rīkiem varētu ilgt vēl divus līdz trīs gadus, saka Bulovičs, lai gan pamata aprīkojuma veidiem vajadzētu būt pieejamiem daudz agrāk. Un šī aizkavēšanās ir paredzēta: lai nodrošinātu, ka MIT.nano ļaus pētniekiem piekļūt rīkiem, kas ir patiesi vismodernākie jomā, kas strauji attīstās, galīgā aprīkojuma izvēle netiks veikta līdz jaunajam aprīkojumam. ēka ir gatava, un līdz šīm ierīcēm būs pieejams finansējums. Galu galā ir paredzēts, ka laboratorijās atradīsies virkne ierīču, kas ļaus ne tikai nanomēroga attēlveidošanu, vakuuma nogulsnēšanos un bioloģisko analīzi, bet arī tādas darbības kā nano ierīču izgatavošana un montāža, mikroshēmu projektēšana un testēšana, kā arī divdimensiju materiālu izgatavošana un nanošķiedras. Dažas no šīm ierīcēm vēl pat nepastāv. Potenciālie objekta lietotāji jau ir uzaicināts ieteikt rīkus, ko viņi vēlētos, lai tie būtu pieejami; sākotnējā atlase, pamatojoties uz sabiedrības ieguldījumu, sāksies nākamgad.

Tikmēr ārsienas strauji iegūst galīgo formu. Tā kā šis apvalks drīzumā būs pilnībā ieviests, MIT.nano izveide vairs nebūs tik skatītāju sporta veids, kā tas ir bijis pēdējos divus gadus. Bet tas nebūs pilnīgi ārpus redzesloka, Vanats saka: Mēs vēlamies stūros uzstādīt time-lapse kameras. Tāpēc, cerams, ka pēc ārsienu pacelšanas ēkā joprojām būs daži skati, kurus mēs varēsim projicēt sabiedrībai.

paslēpties