En Power Geek, der laver ting

Sjov, finurlig, entusiastisk. Der er mange måder at beskrive maskiningeniørprofessor Alexander Slocums personlige stil. Og han omfavner dem alle. Som underviser og forsker bruger han, hvad han kalder sit flipper-lignende fokus og sin passion for maskinteknik til at inspirere eleverne og tackle nogle af de største udfordringer inden for energi, medicin og finteknik. Jeg ville nok blive klassificeret som ADHD++, fordi mit sind bevæger sig så hurtigt mellem så mange forskellige ting, siger han. Men jeg har også disciplinen til at fokusere i timevis, når den rigtige idé berettiger det.

Professor Slocum viser præsident Obama en grov prototype på et system til at lagre vindenergi i dybhavsvand i 2009.

Slocum er en selvskreven dims og elsker alverdens maskiner, lige fra gigantiske vindmølletårne ​​til udstyr, der dyrker kulstof nanorør. Med sin farverige garderobe er han en genkendelig figur rundt omkring på campus, og han deltager aktivt i studielivet og laver ofte pastamiddage til førsteårsstuderende i den eksperimentelle studiegruppe. Som professor eksemplificerer han MITs motto om sind og hånd , eller sind og hånd, ved at lære eleverne at kombinere intellektuel undersøgelse med praktisk ingeniørarbejde og design.

Det er dog hans forskning i vedvarende energi, der for nylig har fået mest opmærksomhed uden for MIT. I foråret var Slocum medforfatter til et papir i Proceduren for IEEE beskriver et energilagringssystem i brugsskala baseret på store undervandsbetonkugler og flydende vindmøller. Da Barack Obama besøgte MIT i 2009 for at holde en tale om energi, demonstrerede Slocum i en af ​​sine varemærke Hawaii-skjorter konceptet for præsidenten ved hjælp af en legetøjsvindmølle og store krukker fyldt med sand og vand. Siden da er arbejdet udviklet til det punkt, hvor Slocum og kolleger har haft diskussioner med et stort ingeniør- og byggefirma om, hvordan det kunne være muligt at fremstille de massive strukturer. Slocum vurderer, at det vil tage fem til 10 år at kommercialisere ideen, som han kalder Ocean Renewable Energy System.

Ved hjælp af et laserinterferometer omkring 1987.

Flydende vindmøller vil blive fortøjet med kabler til et netværk af 20.000 tons kugler på 25 til 30 meter i diameter, eller på størrelse med kuplen ved MIT. For at lagre overskydende energi, der ikke sendes til nettet, ville turbinerne drive pumper til at evakuere vand fra kuglerne. Når der var brug for strøm, ville vand strømme ind i kuglerne, hvilket fik pumperne til at køre i omvendt rækkefølge og fungere som generatorer.

Udvikling af billige måder at lagre store mængder energi på elnettet vil gøre det muligt for vindmølleparker og solcelleanlæg, som normalt er intermitterende kilder, at levere strøm efter behov, som fossile brændstoffer og atomkraftværker gør nu. Slocums design er et twist på konventionel pumpet vandkraft, i øjeblikket den mest omkostningseffektive og udbredte lagringsmetode. Pumpet vandkraftteknologi sender vand op ad bakke til et reservoir og frigiver det for at generere strøm i spidsbelastningsperioder. I stedet for at stole på tyngdekraften ved at opbevare vandet i en sø på en bjergtop, udnytter Slocums koncept vandtrykket på hundredvis af meters havdybde til at drive el-generatoren. Betonkuglerne, der holder vandet, tjener også til at forankre turbinerne.

Hvis det virker, kan virkningen være dramatisk. Vinden over dybt vand repræsenterer en massiv, men stort set uudnyttet ressource. Slocums papir anslår, at 1.000 turbiner, placeret ude af syne omkring 30 til 50 kilometer ud for kysten med forankringssfærer 600 meter under overfladen, kunne levere lige så meget strøm som et atomkraftværk. Nutidens pumpede vandkraftsystemer leverer typisk hundredvis af megawatt strøm i seks til 10 timer. Selvom det ville være dyrere at installere turbiner på dybt vand end at placere dem nær kysten, vurderer Slocum og hans kolleger, at Ocean Renewable Energy System kan være priskonkurrencedygtigt med pumpet vandkraft - og en storstilet installation med 1.000 turbiner kan opbevare op til fem gigawatt strøm i så længe som 12 timer. Forskerne har allerede bygget et prototypesystem med et 30 fod højt tårn og hyldepumper og andre komponenter.

Opbevaring er et af de hårdeste problemer inden for energi, og derfor har det tiltrukket tusindvis af forskere og iværksættere. Selvom det stadig er et forskningsprojekt, er Ocean Renewable Energy System imponerende gennemtænkt, siger Haresh Kamath, programleder for energilagring ved Electric Power Research Institute (EPRI). Med dette koncept er det mere en ingeniørudfordring snarere end en materiale- eller grundlæggende videnskabelig udfordring, siger han.

Projektet viser Slocums affinitet for symbiotisk design eller løsning af flere problemer på én gang. Ud over at give energilagring og fungere som ankre, ville kuglerne være lavet af beton, der kan indeholde betydelige mængder flyveaske, et affaldsprodukt fra kulkraftværker. Systemet kunne også gavne lokale økosystemer ved at tilskynde til vækst af bundlevende liv. Og i en tale til japanske topembedsmænd argumenterede Slocum for, at en dybhavsvindmøllepark nær det lukkede Fukushima-atomkraftværk kunne give nye job til lokale fiskere, som ikke længere kan fiske der på grund af stråling. De kunne hjælpe med at installere systemerne, udføre vedligeholdelse og overvåge påvirkningen af ​​økosystemet.

Professor Slocum afsluttede 2012 Ironman US Championship på 13 timer, 7 minutter og 41 sekunder.

I en særskilt forskningsindsats ledede Slocum designet af et system, hvor varmen fra solfangerkoncentratorer opbevares i store pools af flydende salt. En række koncentrerede solcelleanlæg i stor skala bruger allerede smeltet salt; den lagrer solens varme og omdanner gennem en varmeveksler vand til damp for at generere elektricitet i en konventionel dampturbine. I disse systemer opvarmes saltet, mens det cirkulerer gennem rør, men Slocum foreslår en anden metode. Ved at trække på forskning fra 1970'erne ville hans teknologi stråle sollys direkte ind i en stor mængde smeltet salt, hvilket eliminerede netværket af rør og pumper, der har tendens til at være de svage punkter i traditionelle koncentrerede solenergisystemer.

Slocums vind- og sollagringssystemer står over for enorme forhindringer, før de kan gå ud over design- og småskala prototypefasen. På det mest basale niveau er de flydende turbiner, som Ocean Renewable Energy System kræver for at fange vind over dybt vand, stadig ved at blive testet og er endnu ikke blevet kommercialiseret. Og det er notorisk svært at modellere økonomien ved energilagring uden demonstrationssystemer i den virkelige verden, hvilket kan være svært at finansiere, siger EPRIs Kamath.

Slocum er ikke forskrækket. Selvfølgelig er der mange ting at finde ud af, siger han, men store udfordringer som at tage til månen kræver mange års vedholdenhed og parallel tænkning, eller at arbejde med mange problemer samtidigt. De flydende vindmøller er f.eks. allerede under udvikling af andre; flere timers undervandsenergilagring kunne hjælpe med at fremskynde deres indførelse. Når man har to problemer på én gang, som den slags afhænger af hinanden, katalyserer de hinanden, siger han. Jeg antager, at du ofte ender med en bedre løsning for begge ved at tænke på dem som et system.

Denne vægt på systemtænkning, der spænder over alt fra produktdesign til fremstilling, ledsager Slocum også ind i klasseværelset. I hans Precision Machine Design-klasse, 2.75, kommer læger ind og præsenterer specifikke udfordringer for elevteams. De studerende designer og laver derefter en proof-of-concept-maskine, der ikke kun løser en klinikers specifikke problem, men også kan laves økonomisk. Når du tænker på fremstilling og implementering [som du designer], ender du med at opfinde flere ting, der går tilbage til begyndelsen, og du ender med at opfinde en bedre maskine, siger Slocum. Siden han gjorde medicinsk udstyr til fokus på 2,75 i 2004, har klassen været med til at generere mange peer-reviewed papirer, omkring et dusin patentansøgninger og nogle få spin-off virksomheder, som f.eks. Hvile enheder , en Boston-startup, der laver skjorter med indbyggede sensorer til at overvåge søvn.

Klassen er bemærkelsesværdig, fordi den kombinerer forelæsninger om teori med praktisk arbejde med at lave prototyper, siger Tohru Yagi, en gæstende Fulbright-forsker fra Tokyo Institute of Technology i Japan, som har tilbragt det sidste år i Slocums Precision Engineering Research Group ( PERG ) laboratorium. Det, han laver, er meget analytisk og også systematisk, og det kan anvendes til enhver industri, ikke kun inden for ingeniørvidenskab, siger han. Slocum har nemlig stor erfaring med industrien og har været involveret i spin-off virksomheder, senest startup'et Keystone Tower Systems, som udviklede en måde at lave vindmølletårne ​​til lavere omkostninger ved at bruge mindre stål.

Slocum, der bærer en Utilikilt og måler seler, løfter Greg Tao '10, som lige havde vundet 2.007 robotkonkurrencen, i 2008.

Slocum er selv en livslang tømmermand, tømrer og møbelsnedker. Han sluttede sig til MIT Hobby Shop, instituttets træ- og metalværksted, som studerende i 1978 og er nu formand for dets tilsynsudvalg. Han er ikke bange for selv at blive beskidt med praktisk arbejde. Postdoktor Nevan Clancy Hanumara, SM '06, PhD '12, som medunderviser i 2.75-klassen, siger, at han engang stødte ind i Slocum på et hotel i Chicago, hvor Hanumara deltog i en konference, og fandt professoren i byen til et industribesøg, dækket af fedt. Adspurgt om, hvad der skete, sagde Slocum, at jeg må være klatret ind i en maskine.

Slocums entusiasme for sit arbejde har en tendens til at smitte af på eleverne i hans laboratorium. Han forsøger at motivere dem ved at tænde deres egne lidenskaber og give dem ejerskab til deres projekter. Så længe dine interesser har en eller anden form for relevans, en eller anden praktisk anvendelse, er han helt til det, siger ph.d.-studerende og Slocum lab-medlem Nikolai Begg '09, SM '11, en medicinsk udstyrsingeniør, der vandt Lemelson-MIT Collegiate Student Prize dette år. Det er fantastisk at kunne forfølge det, du gerne vil gøre og studere. Han har ikke en stor personlig dagsorden. Slocum blev kåret til årets professor i Massachusetts i 2000, en af ​​en række priser han har modtaget.

En ting, der gør Slocum til en særlig effektiv professor, er, at han blander sin entusiasme for teknik med humor. Da han underviste i den langvarige design- og fremstillingsklasse 2.007, fik eleverne en dosis af hans legende stil på den første dag. Da han trak materialer ud til at lave det semesters projekt, demonstrerede han den relative styrke af genstande med sin krop: han bøjede metalskafter over halsen, pressede metalplader hen over sin torso og leverede falske karatesnitter på træplader med et højt skrig . Under den sidste konkurrence mellem elevlavede robotter lavede han den livlige play-by-play-kommentar, som om han kaldte en brydekamp og råbte linjer som This is where physics meets the carpet! Ved at fejre vinderne af, hvad han kalder denne nørd-alicious begivenhed, har Slocum været kendt for at løfte eleverne op med et kæmpe bjørnekram eller hejse dem på hans skuldre til en sejrsrunde. Og uanset om han holder retten i en forelæsningssal eller taler én mod én, peber fjollede one-liners hans tale. (Et eksempel på farerne ved lineær tænkning: Mens vi har travlt med at analysere vores middagsjakke, er vi ikke klar over, at vores bukser brænder.) Adspurgt hvor gammel han er, siger Slocum: For ung til at bekymre sig om det.

Men hans ekspertise i alvorlige spørgsmål er anerkendt på højeste niveau. Da den føderale regering kæmpede for at dæmme op for Deepwater Horizon-olieudslippet i 2010 i Den Mexicanske Golf, var Slocum, som arbejdede i offshore olieboring under forskerskolen, blandt energiminister Steven Chus udvalgte gruppe af videnskabelige rådgivere . Han spillede en væsentlig rolle i svaret ved at udvikle en løsning, når de hydrauliske ledninger, der tillader ingeniører at kontrollere fjernbetjente undervandsfartøjer, blev afbrudt. Sidste år blev han inviteret til Japan, hvor han rådgav embedsmænd om, hvordan energien fra atomkraftværkerne lukkede efter Fukushima kunne erstattes ved at omdirigere en del af landets bilproduktionskapacitet til at udvikle havvind.

I Slocums Ocean Renewable Energy System er en flydende turbine forankret på dybt vand af massive betonkugler, der også tjener som energilagringsenheder.

Slocum er kendt for at pakke en enorm mængde aktivitet – inklusive triatlontræning – ind i sine dage. Alligevel påtog han sig for nylig et andet ansvar ved Det Hvide Hus' kontor for videnskab og teknologipolitik. Som assisterende direktør for avanceret fremstilling vil han være, hvad han kalder en nørd i boligen, der har til opgave at hjælpe med at lancere en række avancerede produktionscentre. Stillingen passer godt til hans design for fremstillingsfilosofi.

I PERG-laboratoriet lægger Slocum vægt på en multidisciplinær tilgang og praktisk praktisk i den virkelige verden. Under designgennemgange får forskere feedback fra ingeniører inden for helt andre områder end deres eget, såsom kirurgiske instrumenter, lægemiddelfremstilling, olieudvinding og kræftdetektion. For at få et bedre greb om, hvordan industrien fungerer, har han taget laboratoriemedlemmer med på rundvisninger i mange forskellige virksomheder, herunder flyproduktionsfaciliteter.

Som laboratoriedirektør fremmer Slocum en kollegial atmosfære ved at invitere forskere til sin 300 hektar store gård i New Hampshire, hvor han dyrker frugt og opdrætter får, alpakaer og høns. Under disse sociale udflugter sørger han for, at alle har et arbejde, uanset om det er at samle brænde til bålet eller tage med på kalkunjagt. Det er som et øjebliksbillede af hans liv – alle arbejder og har det sjovt med deres egen rolle, siger PERG-alumnen Daniel Codd, PhD '11, som nu forsøger at sikre finansiering til at kommercialisere det smeltede salt-energilagringssystem, han arbejdede på med Slocum som en studerende. Han er god til at få folk omkring sig til at samle sig om noget større.

Greg Tao '10, der vandt 2.007 robotkonkurrencen i 2008, beundrer Slocums evne til at udmærke sig ikke kun i så mange intellektuelle sysler, men også som atlet. Man kan meget mere end bare at være en god akademiker – det inkarnerer han virkelig, siger han.

For Slocum selv virker det tilsyneladende at dele sin opmærksomhed mellem mange interesser: Der er dusinvis af patenter udstedt eller under behandling med hans navn på. Han kunne nemt springe fra den akademiske verden til at arbejde som chefforsker ved en teknologistartup eller anden kommerciel virksomhed. Men det ser ikke ud til at ske. Hans bånd til instituttet er dybt: han har tilbragt næsten hele sit voksne liv på MIT, og hans tre børn - alle sønner - har tilmeldt sig som studerende (to er allerede dimitteret, og en er der nu). Endnu vigtigere, hans rolle giver ham mulighed for at forfølge sine lidenskaber inden for maskinteknisk design. Hvert tredje år forsøger jeg ad helvede til at komme væk herfra, siger han. Men jeg bliver ved med at vende tilbage, fordi det er så sjovt.

skjule