211service.com
Het volgende grote ding bij MIT zal heel, heel klein zijn
Officieel staat het bekend als MIT.nano. Maar de mensen die betrokken zijn bij de constructie van het gebouw noemen het graag The Machine.
Het is een toepasselijke naam voor de opmerkelijke nieuwe faciliteit die vorm krijgt op spuugafstand van de Infinite Corridor. Ontworpen om twee verdiepingen cleanroomruimte te huisvesten, uitgerust met 's werelds meest geavanceerde hulpmiddelen voor onderzoek op nanoschaal, zal het gebouw inderdaad een soort hightech machine zijn, zoemend met luchtbehandelingsapparatuur en honderden sensoren die constant elk aspect van de omgeving.
Iedereen die uit de ramen langs de Infinite kijkt, heeft een dramatisch jaar van vooruitgang gezien op de MIT.nano-site, die grenst aan MIT's Building 10 met zijn Great Dome. Wat begon als een heel groot gat in de grond, is uitgegroeid tot een stalen frame met glazen en betonnen buitenmuren die grotendeels op hun plaats zitten. Tegen de zomer van 2018 zal het onderzoek naar structuren op de schaal van atomen en moleculen plaatsvinden in de faciliteit, waarvan de constructie een van de grootste, meest ambitieuze en meest uitdagende bouwprojecten is die ooit bij MIT zijn uitgevoerd.
De bovenbouw van MIT.nano vanaf begin maart 2016.
Na voltooiing zal dit waarschijnlijk het meest complexe gebouw op de campus zijn, zegt Vladimir Bulović, faculteitsleider van MIT.nano. De systemen zijn sterk geïntegreerd en voortreffelijk afgesteld, zoals ze zouden zijn in een complexe, prachtige machine.
Die systemen zullen de ultra-ongerepte omgeving behouden die nodig is om nanotechnologie te onderzoeken. Over een paar jaar kan iemand die langs het gebouw met glazen wanden loopt, getuige zijn van een onderzoeker die aan een nieuw apparaat werkt dat een revolutie teweeg zal brengen in de productie van geneesmiddelen, de zuivering van water of de opslag van elektrische energie.
Onderdeel van een micro-elektromechanisch systeem (MEMS)-apparaat dat door MIT's Microsystems Technology Laboratories is geproduceerd op een desktopfabricage-apparaat.
Het doel van MIT.nano is om elke geavanceerde tool op nanoschaal te bevatten die technologie en wetenschap vooruit kan helpen, zegt Bulović, Fariborz Maseeh Professor in Emerging Technology en associate dean for innovation aan de School of Engineering. Hiermee kun je alles manipuleren, van individuele atomen tot in de hand gehouden objecten. Het zal een manier bieden om [alles] te maken van ontdekkingen op atomaire schaal tot ontdekkingen op micronschaal tot millimeterschaal tot handformaat. We kunnen materie manipuleren op een schaal die je nergens anders op de campus kunt doen.
Tegenwoordig moeten onderzoekers die cleanrooms en gespecialiseerde hulpmiddelen moeten gebruiken voor werk aan nanotechnologie, die op meerdere verdiepingen van gebouw 39 zijn gehuisvest, tot het uiterste gaan om besmetting van hun monsters te voorkomen - en moeten ze zich in en uit schone kamerkleding blijven verschonen - terwijl ze hun apparaten en werk in uitvoering van de ene kamer naar de andere dragen. En de vraag naar de benodigde apparatuur is zo groot dat sommige MIT-onderzoekers een deel van hun werk op Harvard hebben moeten doen.
Een film op nanoschaal, ontwikkeld door Paula Hammond '84, PhD '93, en Bryan Hsu, PhD '14, kan worden gebruikt om medicatie toe te dienen door directe injectie of door implanteerbare medische apparaten te coaten.
MIT.nano zal de gedeelde ruimte van het Instituut voor onderzoek op nanoschaal meer dan verdubbelen, waardoor centraal gelegen, ultramoderne apparatuur gemakkelijk toegankelijk wordt voor iedereen die het nodig heeft. Zie het als een extreme makersruimte, zegt Bulović.
Atomen rondduwen
We weten al vele, vele jaren dat dingen er op nanoschaal toe doen, zegt Bulović. Maar lange tijd hadden we niet de kans om echt te kijken. Toen, in 1981, vonden onderzoekers van IBM de scanning tunneling-microscoop uit, het eerste hulpmiddel dat individuele atomen kon zien. En dat, zegt hij, bracht ons dichter bij een appreciatie van waarom de nanoschaal doet wat hij doet.
Veel van de dingen die we in het dagelijks leven meemaken of gebruiken, zijn gebaseerd op nanotechnologie, maar dat stellen we niet zo op prijs, zegt Bulović. De wasmiddelen zorgen voor de helderder dan witte gloed van schone kleding omdat ze fosforen op nanoschaal gebruiken. Alles wat je ruikt, zijn geurmoleculen die toevallig één nanometer groot zijn - je neus heeft detectoren op nanoschaal om die geur te voelen. Onze smaakpapillen voelen nanoschaal- en microschaalkenmerken in ons voedsel - dat is wat ons de smaaksensatie geeft. Waarom voelt de keramische tegel kouder aan dan de houten vloer, terwijl ze in feite allebei dezelfde temperatuur hebben? Het is de hechting op atomaire schaal, nanoschaal van de atomen en de manier waarop ze warmte van je lichaam wegleiden die anders is.
Een oppervlak ontwikkeld door MIT en Saoedische ingenieurs is gecoat met een nanoschaal ferrovloeistof om magnetische controle van waterdruppels en deeltjes mogelijk te maken.
Sinds ze het vermogen hebben gekregen om naar atomen te kijken, hebben onderzoekers steeds meer geleerd hoe ze op die schaal structuren kunnen manipuleren en creëren. Nu loopt nanotechnologie - het maken of manipuleren van materialen waarin ten minste één van de drie dimensies wordt gemeten in nanometers (miljardsten van een meter) - voorop in een duizelingwekkend scala aan werk. Het wordt gebruikt om nieuwe soorten systemen te ontwikkelen voor farmaceutische productie en medicijnafgifte, radicaal nieuwe materialen voor het opvangen van zonne-energie, zeer efficiënte manieren om water te zuiveren, biocompatibele vezels die zowel stimuli als medicijnen kunnen leveren terwijl ze gegevens over de reacties van het lichaam retourneren, robotapparaten in staat om moleculen te manipuleren, gestructureerde nanomaterialen die de kracht van kwantumberekening kunnen ontketenen, en nog veel meer.
Nanotechnologie is van nature multidisciplinair. Het soort onderzoek dat zal worden uitgevoerd in de cleanrooms, beeldvormingsfaciliteiten en fabricageruimten voor prototypen bij MIT.nano zou inderdaad een diepgaande impact kunnen hebben op een reeks wetenschappelijke en technische gebieden die zo breed zijn dat naar schatting 2.000 faculteitsleden, postdocs, en van studenten wordt verwacht dat ze de faciliteit jaarlijks gebruiken. Van de nieuw aangestelde faculteiten zal waarschijnlijk meer dan de helft van de School of Science en tweederde van de School of Engineering hiervan profiteren.
Een weergave van MIT.nano gezien vanaf gebouw 4.
Onderzoekers die toegang geven, kan grote resultaten opleveren. Bulović zegt bijvoorbeeld dat de wereld nu grotendeels op elektriciteit draait, maar de productie en het gebruik ervan kan zeer inefficiënt zijn - en nanotechnologie zou op veel gebieden verbeteringen kunnen brengen, waaronder fotovoltaïsche energie. Er komen enkele opties naar voren die de manier waarop zonnecellen presteren opnieuw kunnen definiëren, omdat je de nanoschaalstructuur van materialen, of kwantumstippen, kunt gaan gebruiken om zonnecellen te genereren die dunner, lichter en beter inzetbaar zijn dan alle eerdere zonnetechnologieën, en zoals een resultaat beter schaalbaar, zegt hij. Dat zou een gamechanger zijn.
Nanotechnologie kan ook helpen een dreigende crisis in het energieverbruik voor computers te voorkomen. Cloud computing verbruikt tegenwoordig misschien 3 of 4 procent van de elektriciteit die wereldwijd wordt gebruikt, zegt Bulović, maar dat groeit snel: er is een prognose dat we over tien jaar duizend keer meer cloud computing nodig zullen hebben. Met nieuwe chips op basis van nanotechnologie kunnen enorme sprongen in efficiëntie de resulterende stroomstoring voorkomen.
MIT-ingenieurs ontwierpen een atoomkrachtmicroscoop die beelden van structuren zo klein als een fractie van een nanometer 2000 keer sneller vastlegt dan commerciële modellen.
Nieuwe kansen op het gebied van nanodetectie zijn ook veelbelovend. Onderzoekers, waaronder Timothy Swager, werken aan een multifunctionele elektronische neus die explosieve sporen in de lucht, chemicaliën op oppervlakken of gassen kan detecteren die aangeven wanneer producten rijp zijn.
En een vergelijkbare aanpak zou de gezondheidszorg kunnen transformeren. Als u gassen die in uw adem naar buiten komen, kunt controleren, zou u dan de gezondheidstoestand van een persoon kunnen afleiden? Dat zou kunnen - je hebt alleen de juiste soort chemische sensor nodig, zegt Bulović.
De manier waarop we die cellen willen beïnvloeden, controleren, verbeteren, genezen, medicijnen afleveren: geneeskunde op nanoschaal is een enorme grens. Het is de functionele schaal van de werking van ons lichaam.
Een schip in een fles bouwen
De bouw van het MIT.nano-gebouw vormt een enorme technische uitdaging. De locatie van het gebouw is gekozen omdat het onderhevig is aan veel minder trillingen van verkeer, metro's en treinen, en veel minder elektromagnetische interferentie, dan een van de andere vier potentiële locaties. Zelfs nauwelijks waarneembare verstoringen van die aard kunnen een experiment verpesten of een beeld op nanoschaal vervormen. Maar de locatie ligt in het hart van de campus. Dat maakte het in- en uitladen van vrachtwagens met materiaal zo krap dat het team dat verantwoordelijk was voor het project het vergelijkt met het bouwen van een schip in een fles.
Vladimir Bulovic, faculteitsleider van MIT.nano en associate dean for innovation in de School of Engineering, op de bouwplaats.
Een van de talloze lastige taken was het storten van de betonnen basis voor de beeldapparatuur van het gebouw op het souterrain. Er is een plaat van vier miljoen pond in de kelder, waarop de meest gevoelige instrumenten zullen zitten, legt Bulović uit. Die plaat moest in één keer gegoten worden. Hoe lever je vier miljoen pond beton op een locatie, als je maar 90 minuten hebt vanaf het moment dat het beton wordt gestort tot het wordt gestort - en het verhardt 15 tot 30 minuten na levering? Je moet ervoor zorgen dat je precies de juiste timing hebt. Om zoveel te leveren heb je 90 cementwagens nodig, en ze moeten allemaal gecoördineerd worden om precies op het juiste moment te arriveren. Het kostte ongeveer acht uur perfecte coördinatie. Ik noem het het ballet van de cementwagen.
Ondertussen waren drie smalle openingen tussen en onder gebouwen de enige toegang tot het terrein voor vrachtwagens en zwaar materieel, waaronder kranen, zegt Travis Wanat, de bouwmanager van het project. Om de vele stukken van twee torenkranen te monteren, die essentieel zijn geweest bij het opzuigen van duizenden tonnen vuil en het voorzichtig laten zakken van honderden tonnen stalen balken en andere materialen, hadden we een mobiele kraan nodig, en dat was echt heel krap om dat te krijgen. naar de site, herinnert Wanat zich. Om de vrachtwagen met de mobiele kraan onder de brug tussen de gebouwen 35 en 37 door te laten dringen, zegt hij, moesten we op een gegeven moment een bepaalde hoeveelheid lucht uit de
de banden.
De MIT.nano-site (in oranje) ligt op een steenworp afstand van de Infinite Corridor, genesteld tussen gebouwen waarin de afdelingen biologische engineering, natuurkunde, nucleaire wetenschappen en engineering, en materiaalwetenschappen en engineering, en het Research Lab for Electronics zijn gehuisvest.
En de complicaties zijn nog lang niet voorbij. De volgende meest uitdagende levering worden de luchtbehandelingsunits en uitlaatunits, zegt Wanat. We bouwden een replica op ware grootte van het grootste stuk van elke eenheid uit PVC-buis, en plaatsten het op de achterkant van een vrachtwagen en reden het door het pad dat we zouden nemen, om er zeker van te zijn dat we de juiste afstanden hadden. Het is beter om het met een plastic buis te doen dan met een metalen doos!
Een groot deel van het interieur van dit gebouw zal ongeveer 10.000 keer schoner zijn dan de gewone lucht in de kamer, waardoor de zogenaamde reinheid van niveau 5 wordt bereikt, wat betekent dat er minder dan 100 deeltjes groter zijn dan een halve micrometer in elke kubieke voet ruimte. Ter vergelijking: binnenlucht heeft typisch een miljoen van dergelijke deeltjes per kubieke voet.
Die extreme reinheid is essentieel, want op de schaal van de nanodeeltjes, nanofilms en nanovezels die onderzoekers zullen bestuderen, kan één stofdeeltje een heel experiment verpesten. De realisatie ervan begint al tijdens het bouwproces. Werknemers die de cleanrooms bouwen, moeten strikte protocollen volgen als ze de werkplek betreden. Het wordt behandeld alsof het een cleanroom voor onderzoek is, waar training is voor iedereen die in die ruimte moet, zegt Wanat. Afhankelijk van het niveau [van reinheid] waar we ons bevinden, zullen ze de Tyvek-pakken, de slofjes, de handschoenen, de haarnetjes moeten dragen terwijl we door de stadia van dat project gaan.
Een nieuw kruispunt voor de campus
Omdat nanotechnologie zich op het snijvlak van biologie, scheikunde, elektronica, natuurkunde en engineering (naast vele andere disciplines) bevindt, was het een toevallig toeval dat de stilste locatie op de campus qua trillingen dicht bij het centrum van de campus bleek te zijn als goed. Dus het team dat het gebouw plantte, wilde een ruimte creëren die samenwerking en serendipiteit aanmoedigt.
Bulović zegt dat ondanks de vele barrières tegen stof en trillingen van buitenaf, de ruimte erg open zal zijn. Het moet een gesloten omgeving zijn, maar waarom zou u niet overal ramen plaatsen, zodat u naar binnen kunt kijken en kunt zien wat daar gebeurt? hij zegt.
Het gebouw zal visueel opmerkelijk poreus zijn, op plaatsen waar het licht van de ene kant helemaal naar buiten kan schijnen. De buitenmuren, die dit najaar worden voltooid, zijn grotendeels gemaakt van glas, net als veel van de binnenmuren van de laboratoria en de cleanroom-ruimte. Bezoekers kunnen op elk niveau door brede gangen lopen die uitzicht hebben op de binnenplaats en de gebouwen buiten, inclusief de Grote Koepel - en ze kunnen onderzoekers in volledig beschermende overalls, kappen, brillen en slofjes zien terwijl ze hun experimenten uitvoeren.
Binnen de cleanroom zelf wilden we visuele communicatie van het ene uiteinde naar het andere, zegt Bulović. We hebben dus lange gangen die optisch onbelemmerd zijn. De wanden en traveeën en groeven zijn transparant. Je kunt naar binnen kijken en de machines zien, en de persoon in de volgende baai en de volgende baai.
Hij ziet MIT.nano als een plek die toevallige ontmoetingen mogelijk maakt, in plaats van alleen maar een plek waar mensen de gereedschappen komen gebruiken zoals ze zouden doen in een typische machinewerkplaats. Het moet een plek zijn waar je een gesprek op gang kunt brengen, waar je een plek hebt om naast het gereedschap te stappen en naar een whiteboard te gaan - of een magnetisch bord, want we willen geen stof - en schets de volgende idee, zegt hij. We hebben gemeenschappelijke ruimtes die zorgen voor die toevallige ontmoetingen.
Zodra de faciliteit in juni 2018 wordt geopend, kan het nog twee tot drie jaar duren om alle ruimte te vullen met fabricage- en beeldvormingstools, zegt Bulović, hoewel basisapparatuur veel eerder beschikbaar zou moeten zijn. En die vertraging is inherent aan het ontwerp: om ervoor te zorgen dat MIT.nano onderzoekers toegang geeft tot tools die echt state-of-the-art zijn in een veld dat zich snel ontwikkelt, zullen de definitieve keuzes van apparatuur pas worden gemaakt als de nieuwe gebouw klaar is - en totdat de financiering voor die apparaten rond is. Uiteindelijk zullen de laboratoria naar verwachting een arsenaal aan apparaten huisvesten die niet alleen beeldvorming op nanoschaal, vacuümdepositie en biologische analyse mogelijk maken, maar ook activiteiten zoals het fabriceren en assembleren van nano-apparaten, het ontwerpen en testen van chips en het maken van tweedimensionale materialen en nanovezels. Sommige van deze apparaten bestaan nog niet eens. Potentiële gebruikers van de faciliteit zijn al uitgenodigd om tools voor te stellen die ze beschikbaar willen hebben; de eerste selecties op basis van input van de gemeenschap zullen volgend jaar beginnen.
Ondertussen nemen de buitenmuren snel hun definitieve vorm aan. En met die schaal die binnenkort volledig op zijn plaats zal zijn, zal de constructie van MIT.nano niet langer zo'n kijksport zijn als het proces de afgelopen twee jaar is geweest. Maar het zal niet helemaal uit het zicht zijn, zegt Wanat: we zijn op zoek naar time-lapse-camera's in de hoeken. Dus hopelijk zullen er, als we de buitenmuren eenmaal hebben geplaatst, nog steeds een aantal uitzichten in het gebouw zijn die we naar de gemeenschap kunnen projecteren terwijl we verder gaan.