コロンビア物理デザインラボでのDIY

Dec 25, 2023

ピューピン ホールにある古い機械工場は、科学者たちが物理学の未来を想像するためのメーカースペースとして新たな命を吹き込まれています。

ピュピン ホールには、コロンビア大学の名高い歴史があります。 1927 年に建てられたこの建物は、原子核物理学の先駆者となり、宇宙の深さを覗き込み、最初の量子革命への道を導いた科学者たちの本拠地でした。

現在もその伝統は続いていますが、最先端の実験には最先端の部品が必要です…多くの場合、まだ発明されていません。 コロンビア物理設計研究所では、教員と大学院生が未来を想像し、そこに到達するための部品を構築するための DIY スペースを利用できるようになりました。

これらの部品には、原子の薄さのシートの量子特性を研究するためのターンテーブルスタンド、イメージングや操作用の量子材料を収容する極低温真空チャンバーのフランジ、新しいレーザーセットアップ用のコンポーネントなどが含まれています。 「それは一般に、非常に複雑で非常に優れたシステムに至るまで、非常に小さな部分がたくさんあるのです」と、この分野の再発明を支援するために昨年JILAからコロンビアに入社したスタッフエンジニアのクララ・ウィルソンは語った。

コロンビアの物理学者コーリー・ディーン氏の説明によると、20世紀の大部分において、科学者たちは実験のためにほとんどすべてのものを自分たちで作らなければならなかったので、大学の機械や木工所、さらには電気店でさえも使うのが標準だったという。 しかし、時間が経つにつれて、専門的な部品や部品を供給する商業ベンダーが出現し始め、大学のサポートはあまり一般的ではなくなりました。

ピュピン ホールは、依然として機械工が注文に応じて部品を製造する工場を維持していましたが、ディーンを含むコロンビアの新世代の物理学者は、そのプロセスを自分たちの手に取りたいと考えていました。 「現代の物理学をサポートするには、まったく斬新なアイデアを実現するためのツールと指導を提供できる熟練した人材が監督する、現場での建設スペースが必要です」とディーン氏は述べた。 「デザインラボはコロンビア大学の物理学の将来において重要な役割を果たすでしょう。」

現在、Pupin Hall、Room 1111 は、ユーザーが集まって互いにアイデアをブレインストーミングし、Wilson が利用可能なさまざまなマシンにそれらを実装する最善の方法を模索する共同メイカースペースです。

この機械は、3 台の 3D プリンターや新しく設置されたレーザー カッターなどの最先端のものから、巨大な製鉄所やボール盤などの古くから待機しているものまで、あらゆる範囲に対応しています。 最も古い機器は 1950 年代に遡るバンドソーですが、ウィルソンのお気に入りは 1960 年代の旋盤で、何年も経った今でも完璧に動作します。 「それに、本当に美しいコロンビアブルーに塗られているんです。誰がいつ塗ったのかは分かりませんが、素敵な雰囲気を醸し出しています」と彼女は言う。

カルーセルは、回転する一連の画像です。 表示されているスライドを変更するには、「前へ」ボタンと「次へ」ボタンを使用します。

スライド 1: 古いスペースは引き続き役に立ちます。

スライド 2: 最新の 3D プリンタは、ユーザーに積層造形の可能性を提供します。

スライド 3: レーザー カッターは、コンピューター支援設計を構築するためのもう 1 つの最新のオプションです。

古いスペースは引き続き有効に使用されます。

最新の 3D プリンタは、ユーザーに積層造形の可能性を提供します。

レーザー カッターは、コンピューター支援設計を構築するためのもう 1 つの最新のオプションです。

新しい機械には、いわゆる積層造形の機能が追加されており、古典的な鉄工品よりも参入障壁が低く、コンピュータ支援設計に適しているとディーン氏は述べた。 たとえば、彼の研究室は最近 3D プリンターを使用して、測定のために量子材料サンプルを機器にロードおよびアンロードするための特別なブラケットを構築しました。 このプロセスにはわずか数週間しかかかりませんでしたが、従来の機械ではトレーニングと加工に数か月かかった可能性があります。

マシンの選択に関係なく、それぞれに利点と欠点がありますが、オンサイト ショップでは、ベンダーに設計を出荷する場合にはできない方法で、反復、柔軟性、コラボレーションが可能になります。 「私たちは問題を抱えてクララに来て、それを解決する方法を検討し、必要なものが正確に得られるまで構築と再構築を続けることができます」とディーン氏は言いました。

実験のサポートに加えて、デザイン ラボは学生に貴重な設計および製造スキルを学ぶ機会を提供します。 「私は、デザイン ラボが学生の教育を充実させるのに役立ち、学生にいじくりまわすためのリソースを提供したいと考えています。そして、ここにあるテクノロジーを楽しんでもらいたいと思っています」とウィルソン氏は語った。

アクセスするには、興味のあるユーザーは 2 つの安全トレーニング コースを受講する必要があります。 Design Lab にはこれまでのところ 24 人のユーザーがおり、現時点では物理学科の教員と学生のみが利用できますが、ウィルソン氏はその数を増やし、近いうちに他の学科にも拡大したいと考えています。

「私も含めて、このスペースを利用する人全員が実験し、お互いから学んでほしいと思っています」とウィルソン氏は語った。 「コロンビア大学では多くの刺激的な科学が起こっており、それに参加できることに興奮しています。」