Een power-nerd die dingen maakt

Zany, eigenzinnig, enthousiast. Er zijn veel manieren om de persoonlijke stijl van professor werktuigbouwkunde Alexander Slocum te beschrijven. En hij omhelst ze allemaal. Als docent en onderzoeker gebruikt hij wat hij zijn flipperkastachtige focus en zijn passie voor werktuigbouwkunde noemt om studenten te inspireren en enkele van de grootste uitdagingen op het gebied van energie, geneeskunde en precisietechniek aan te pakken. Ik zou waarschijnlijk geclassificeerd worden als ADHD++ omdat mijn geest zo snel beweegt tussen zoveel verschillende dingen, zegt hij. Maar ik heb ook de discipline om urenlang te focussen als het juiste idee dat rechtvaardigt.

Professor Slocum toont president Obama een ruw prototype van een systeem om windenergie op te slaan in diep oceaanwater in 2009.

Slocum is een zichzelf beschreven gizmoloog en een liefhebber van allerlei soorten machines, van gigantische windturbinetorens tot apparatuur die koolstofnanobuisjes laat groeien. Met zijn kleurrijke garderobe is hij een herkenbaar figuur op de campus, en hij neemt actief deel aan het studentenleven, vaak kookt hij pastadiners voor eerstejaarsstudenten in de Experimentele Studiegroep. Als professor is hij een voorbeeld van MIT's motto van: geest en hand , of geest en hand, door studenten te leren intellectueel onderzoek te combineren met hands-on engineering en ontwerp.

Het is echter zijn onderzoek naar hernieuwbare energie dat de laatste tijd de meeste aandacht heeft gekregen buiten het MIT. Dit voorjaar was Slocum co-auteur van een paper in Procedures van de IEEE het beschrijven van een energieopslagsysteem op utiliteitsschaal op basis van grote onderwaterbetonbollen en drijvende windturbines. Toen Barack Obama in 2009 MIT bezocht om een ​​toespraak over energie te houden, demonstreerde Slocum, in een van zijn kenmerkende Hawaiiaanse overhemden, het concept aan de president met behulp van een speelgoedwindturbine en grote potten gevuld met zand en water. Sindsdien is het werk zo ver gevorderd dat Slocum en collega's besprekingen hebben gehad met een groot ingenieurs- en constructiebedrijf over hoe het mogelijk zou kunnen zijn om de massieve constructies te vervaardigen. Slocum schat dat het vijf tot tien jaar zou duren om het idee te commercialiseren, dat hij het Ocean Renewable Energy System noemt.

Met behulp van een laser-interferometer circa 1987.

Drijvende windturbines zouden met kabels worden afgemeerd aan een netwerk van bollen van 20.000 ton met een diameter van 25 tot 30 meter, of ongeveer de grootte van de koepel bij MIT. Om overtollige energie op te slaan die niet naar het net wordt gestuurd, zouden de turbines pompen bedienen om water uit de bollen te evacueren. Als er stroom nodig was, stroomde er water in de bollen, waardoor de pompen in omgekeerde richting gingen draaien en als generatoren fungeren.

Door goedkope manieren te ontwikkelen om grote hoeveelheden energie op het elektriciteitsnet op te slaan, zouden windparken en zonne-installaties, die normaal gesproken intermitterende bronnen zijn, stroom op aanvraag kunnen leveren zoals fossiele brandstoffen en kerncentrales nu doen. Het ontwerp van Slocum is een variant op conventionele gepompte waterkracht, momenteel de meest kosteneffectieve en wijdverbreide opslagmethode. Gepompte waterkrachttechnologie stuurt water bergopwaarts naar een reservoir en laat het vrij om stroom op te wekken tijdens piekuren. In plaats van te vertrouwen op de zwaartekracht door het water op te slaan in een meer op een bergtop, benut het concept van Slocum de waterdruk op honderden meters oceaandiepte om de elektriciteitsgenerator van stroom te voorzien. De betonnen bollen die het water vasthouden, dienen ook om de turbines te verankeren.

Als het werkt, kan de impact dramatisch zijn. De wind over diepe wateren vertegenwoordigt een enorme maar grotendeels onaangeboorde hulpbron. Het artikel van Slocum schat dat 1.000 turbines, ongeveer 30 tot 50 kilometer uit het zicht uit het zicht geplaatst met verankeringsbollen 600 meter onder het oppervlak, evenveel stroom zouden kunnen leveren als een kerncentrale. De gepompte waterkrachtsystemen van tegenwoordig leveren doorgaans honderden megawatt aan vermogen gedurende zes tot tien uur. Hoewel het inzetten van turbines in diep water duurder zou zijn dan ze dicht bij de kust te plaatsen, schatten Slocum en zijn collega's dat het Ocean Renewable Energy System prijsconcurrerend zou kunnen zijn met gepompte waterkracht - en een grootschalige implementatie met 1.000 turbines zou tot vijf kunnen opslaan. gigawatt aan vermogen voor maar liefst 12 uur. De onderzoekers hebben al een prototypesysteem gebouwd met een 30 meter hoge toren en kant-en-klare pompen en andere componenten.

Opslag is een van de grootste problemen in energie en daarom heeft het duizenden wetenschappers en ondernemers aangetrokken. Hoewel het nog steeds een onderzoeksproject is, is het Ocean Renewable Energy System indrukwekkend goed doordacht, zegt Haresh Kamath, programmamanager voor energieopslag bij het Electric Power Research Institute (EPRI). Met dit concept is het meer een technische uitdaging dan een materiaal- of fundamentele wetenschappelijke uitdaging, zegt hij.

Het project toont de affiniteit van Slocum voor symbiotisch ontwerp, of het oplossen van meerdere problemen tegelijk. Naast het bieden van energieopslag en als ankers, zouden de bollen gemaakt zijn van beton dat aanzienlijke hoeveelheden vliegas kan bevatten, een afvalproduct van kolencentrales. Het systeem zou ook de lokale ecosystemen ten goede kunnen komen door de groei van het leven op de bodem aan te moedigen. En in een toespraak voor Japanse topfunctionarissen betoogde Slocum dat een diepzeewindmolenpark nabij de kerncentrale van Fukushima nieuwe banen zou kunnen opleveren voor lokale vissers, die daar niet langer kunnen vissen vanwege straling. Ze kunnen helpen bij het installeren van de systemen, het uitvoeren van onderhoud en het bewaken van de impact op het ecosysteem.

Professor Slocum eindigde het Ironman U.S. Championship 2012 in 13 uur, 7 minuten en 41 seconden.

In een afzonderlijke onderzoeksinspanning leidde Slocum het ontwerp van een systeem waarin de warmte van zonneconcentratoren wordt opgeslagen in grote plassen vloeibaar zout. Een aantal grootschalige geconcentreerde zonne-installaties gebruiken al gesmolten zout; het slaat de warmte van de zon op en zet via een warmtewisselaar water om in stoom om elektriciteit op te wekken in een conventionele stoomturbine. In deze systemen wordt het zout verwarmd terwijl het door buizen circuleert, maar Slocum stelt een andere methode voor. Op basis van onderzoek uit de jaren zeventig zou zijn technologie zonlicht rechtstreeks in een grote hoeveelheid gesmolten zout stralen, waardoor het netwerk van leidingen en pompen, die de neiging hebben om de zwakke punten te zijn in traditionele geconcentreerde zonne-energiesystemen, wordt geëlimineerd.

De wind- en zonneopslagsystemen van Slocum worden geconfronteerd met enorme hindernissen voordat ze verder kunnen gaan dan de ontwerp- en kleinschalige prototypefase. Op het meest basale niveau worden de drijvende turbines die het Ocean Renewable Energy System nodig heeft voor het opvangen van wind over diepe wateren nog steeds getest en moeten ze nog worden gecommercialiseerd. En het is notoir moeilijk om de economie van energieopslag te modelleren zonder echte demonstratiesystemen, die moeilijk te financieren kunnen zijn, zegt EPRI's Kamath.

Slocum laat zich niet afschrikken. Natuurlijk zijn er veel dingen om uit te zoeken, zegt hij, maar grote uitdagingen zoals naar de maan gaan, vereisen jaren van volharding en parallel denken, of het werken aan veel problemen tegelijk. Zo worden de drijvende windturbines al door anderen ontwikkeld; multi-uur opslag van onderwaterenergie zou kunnen helpen om de acceptatie ervan te versnellen. Als je twee problemen tegelijk hebt die van elkaar afhankelijk zijn, katalyseren ze elkaar, zegt hij. Ik veronderstel dat je voor beide vaak een betere oplossing krijgt door ze als een systeem te beschouwen.

Die nadruk op systeemdenken, dat alles omvat, van productontwerp tot productie, vergezelt Slocum ook in het klaslokaal. In zijn klasse Precision Machine Design, 2.75, komen artsen binnen en presenteren specifieke uitdagingen aan studententeams. De studenten ontwerpen en maken vervolgens een proof-of-concept-machine die niet alleen het specifieke probleem van een clinicus oplost, maar ook economisch kan worden gemaakt. Als je nadenkt over fabricage en implementatie [zoals je ontwerpt], vind je uiteindelijk meer dingen uit die teruggaat tot het begin, en uiteindelijk vind je een betere machine uit, zegt Slocum. Sinds hij in 2004 medische hulpmiddelen tot de focus van 2,75 maakte, heeft de klas geholpen bij het genereren van veel peer-reviewed artikelen, ongeveer een dozijn octrooiaanvragen en een paar spin-offbedrijven, zoals Apparaten rusten , een startup uit Boston die shirts maakt met ingebouwde sensoren om de slaap te monitoren.

De klas is opmerkelijk omdat het colleges over theorie combineert met hands-on werk om prototypes te maken, zegt Tohru Yagi, een bezoekende Fulbright-wetenschapper van het Tokyo Institute of Technology in Japan, die het afgelopen jaar heeft doorgebracht in Slocum's Precision Engineering Research Group ( PERG ) laboratorium. Wat hij doet is zeer analytisch en ook systematisch, en het kan in elke branche worden toegepast, niet alleen in de techniek, zegt hij. Slocum heeft inderdaad uitgebreide ervaring met de industrie en is betrokken geweest bij spin-off bedrijven, meest recentelijk de startup Keystone Tower Systems, die een manier ontwikkelde om windturbinetorens tegen lagere kosten te maken door minder staal te gebruiken.

Slocum, gekleed in een Utilikilt en metende bretels, hijsde Greg Tao '10, die net de 2.007 robotcompetitie had gewonnen, in 2008.

Slocum is zelf een levenslange knutselaar, timmerman en meubelmaker. Hij werd lid van de MIT Hobby Shop, de hout- en metaalwerkplaats van het Instituut, als student in 1978 en is nu voorzitter van de toezichtcommissie. Hij is niet bang om zelf vuil te worden met hands-on werk. Postdoctoraal medewerker Nevan Clancy Hanumara, SM '06, PhD '12, die samen lesgeeft in de 2.75-klas, zegt dat hij Slocum ooit tegen het lijf liep in een hotel in Chicago waar Hanumara een conferentie bijwoonde en de professor in de stad aantrof voor een bedrijfsbezoek, bedekt met vet. Op de vraag wat er gebeurde, zei Slocum, moet ik in een machine zijn geklommen.

Slocums enthousiasme voor zijn werk slaat over op de studenten in zijn lab. Hij probeert hen te motiveren door hun eigen passies aan te wakkeren en hen eigenaarschap te geven van hun projecten. Zolang je interesses enige relevantie hebben, een praktische toepassing, is hij er helemaal voor, zegt doctoraalstudent en Slocum-lablid Nikolai Begg '09, SM '11, een ingenieur in medische apparatuur die de Lemelson-MIT Collegiate Student Prize won dit jaar. Het is geweldig om te kunnen doen wat je wilt doen en studeren. Hij heeft geen grote persoonlijke agenda. Slocum werd in 2000 uitgeroepen tot professor van het jaar in Massachusetts, een van de vele prijzen die hij ontving.

Wat Slocum tot een bijzonder effectieve professor maakt, is dat hij zijn enthousiasme voor techniek combineert met humor. Toen hij les gaf aan de langlopende ontwerp- en fabricageklas 2.007, kregen de studenten op de eerste dag een dosis van zijn speelse stijl. Terwijl hij materialen tevoorschijn haalde om het project van dat semester te maken, demonstreerde hij de relatieve sterkte van objecten met zijn lichaam: hij boog metalen assen over zijn nek, drukte metalen platen over zijn romp en leverde nep-karatekarbonades af op houten planken met een luide kreet . Tijdens de laatste competitie tussen door studenten gemaakte robots deed hij het levendige spel-voor-spel commentaar alsof hij een worstelwedstrijd noemde, terwijl hij regels schreeuwde als Dit is waar natuurkunde het tapijt ontmoet! Bij het vieren van de winnaars van wat hij dit geek-alicious evenement noemt, staat Slocum erom bekend studenten op te tillen met een gigantische berenknuffel of ze op zijn schouders te hijsen voor een overwinningsronde. En of hij nu een rechtbank houdt in een collegezaal of één op één praat, gekke oneliners doorspitten zijn toespraak. (Een voorbeeld, over de gevaren van lineair denken: terwijl we bezig zijn ons smoking te analyseren, realiseren we ons niet dat onze broek in brand staat.) Op de vraag hoe oud hij is, grapt Slocum: te jong om je er zorgen over te maken.

Maar zijn expertise in serieuze zaken wordt erkend op het hoogste niveau. Toen de federale regering zich inspande om de olieramp met Deepwater Horizon in 2010 in de Golf van Mexico te stoppen, behoorde Slocum, die tijdens de graduate school aan offshore-olieboringen werkte, tot de selecte groep van energieminister Steven Chu. wetenschapsadviseurs . Hij speelde een essentiële rol in de reactie door een oplossing te ontwikkelen toen de hydraulische leidingen werden doorgesneden waarmee ingenieurs onder water op afstand bediende voertuigen kunnen besturen. Vorig jaar werd hij uitgenodigd in Japan, waar hij ambtenaren adviseerde over hoe de energie van de kerncentrales die na Fukushima zijn gesloten, kan worden vervangen door een deel van de autoproductiecapaciteit van het land om te zetten voor de ontwikkeling van offshore-windenergie.

In Slocum's Ocean Renewable Energy System wordt een drijvende turbine in diep water verankerd door massieve betonnen bollen die ook dienen als energieopslagapparaten.

Slocum staat bekend om het feit dat hij een enorme hoeveelheid activiteit, waaronder triatlontraining, in zijn dagen heeft gestopt. Toch nam hij onlangs een andere verantwoordelijkheid op zich, bij het Office of Science and Technology Policy van het Witte Huis. Als adjunct-directeur voor geavanceerde productie wordt hij wat hij noemt een nerd in residentie, belast met het helpen lanceren van een aantal geavanceerde productiecentra. De functie past goed bij zijn design for manufacturing-filosofie.

In het PERG-lab legt Slocum de nadruk op een multidisciplinaire aanpak en praktische bruikbaarheid. Tijdens ontwerpreviews krijgen onderzoekers feedback van ingenieurs op totaal verschillende gebieden dan hun eigen vakgebied, zoals chirurgische instrumenten, medicijnproductie, olie-extractie en kankerdetectie. Om meer grip te krijgen op hoe de industrie werkt, heeft hij laboratoriumleden meegenomen op rondleidingen door veel verschillende bedrijven, waaronder productiefaciliteiten in de ruimtevaart.

Als laboratoriumdirecteur bevordert Slocum een ​​collegiale sfeer door onderzoekers uit te nodigen op zijn 300 hectare grote boerderij in New Hampshire, waar hij fruit verbouwt en schapen, alpaca's en kippen grootbrengt. Tijdens deze sociale uitjes zorgt hij ervoor dat iedereen een baan heeft, of het nu gaat om hout sprokkelen voor het vuur of meegaan op kalkoenjacht. Het is als een momentopname van zijn leven - iedereen werkt en heeft plezier met zijn eigen rol, zegt PERG-alumnus Daniel Codd, PhD '11, die nu probeert financiering te krijgen voor het commercialiseren van het gesmolten-zout-energieopslagsysteem waaraan hij samen met Slocum werkte als een student. Hij is er goed in om mensen om hem heen te verzamelen voor iets groters.

Greg Tao '10, die in 2008 de robotica-competitie 2.007 won, bewondert Slocums vermogen om niet alleen uit te blinken in zoveel intellectuele bezigheden, maar ook als atleet. Je kunt veel meer doen dan alleen een goede academicus zijn - hij belichaamt dat echt, zegt hij.

Voor Slocum zelf werkt het blijkbaar om zijn aandacht te verdelen over vele belangen: er zijn tientallen patenten uitgegeven of aangevraagd met zijn naam erop. Hij zou gemakkelijk van de academische wereld kunnen overstappen naar een baan als hoofdwetenschapper bij een technologiestartup of een andere commerciële onderneming. Maar dat lijkt onwaarschijnlijk. Zijn banden met het Instituut zijn diep: hij heeft bijna zijn hele volwassen leven aan het MIT doorgebracht en zijn drie kinderen - allemaal zonen - hebben zich ingeschreven als studenten (twee zijn al afgestudeerd en één is er nu). Wat nog belangrijker is, zijn rol stelt hem in staat zijn passies in het ontwerpen van werktuigbouwkunde na te streven. Elke drie jaar probeer ik als een hel om hier weg te komen, zegt hij. Maar ik blijf terugkomen omdat het zo leuk is.

zich verstoppen