Un geek qui fabrique des trucs

Loufoque, décalé, enthousiaste. Il existe de nombreuses façons de décrire le style personnel du professeur de génie mécanique Alexander Slocum. Et il les embrasse tous. En tant qu'enseignant et chercheur, il utilise ce qu'il appelle sa concentration de flipper et sa passion pour le génie mécanique pour inspirer les étudiants et relever certains des plus grands défis en matière d'énergie, de médecine et d'ingénierie de précision. Je serais probablement classé comme TDAH ++ parce que mon esprit se déplace si vite entre tant de choses différentes, dit-il. Mais j'ai aussi la discipline de me concentrer pendant des heures lorsque la bonne idée le justifie.

Le professeur Slocum montrant au président Obama un prototype approximatif d'un système pour stocker l'énergie éolienne dans les eaux profondes des océans en 2009.

Slocum est un gizmologue autoproclamé et un amoureux de toutes sortes de machines, des tours d'éoliennes géantes aux équipements qui font pousser des nanotubes de carbone. Avec sa garde-robe colorée, il est une figure reconnaissable sur le campus et il participe activement à la vie étudiante, préparant souvent des dîners de pâtes pour les étudiants de première année du groupe d'étude expérimental. En tant que professeur, il incarne la devise du MIT de esprit et main , ou l'esprit et la main, en enseignant aux étudiants à combiner la recherche intellectuelle avec l'ingénierie et la conception pratiques.

Cependant, ce sont ses recherches sur les énergies renouvelables qui ont récemment attiré le plus d'attention en dehors du MIT. Ce printemps, Slocum a co-écrit un article dans Actes de l'IEEE décrivant un système de stockage d'énergie à grande échelle basé sur de grandes sphères de béton sous-marines et des éoliennes flottantes. Lorsque Barack Obama s'est rendu au MIT en 2009 pour prononcer un discours sur l'énergie, Slocum, dans l'une de ses chemises hawaïennes, a présenté le concept au président en utilisant une éolienne jouet et de grands pots remplis de sable et d'eau. Depuis lors, le travail a avancé au point où Slocum et ses collègues ont eu des discussions avec une grande entreprise d'ingénierie et de construction sur la façon dont il pourrait être possible de fabriquer les structures massives. Slocum estime qu'il faudrait cinq à 10 ans pour commercialiser l'idée, qu'il appelle le système d'énergie renouvelable océanique.

Utilisation d'un interféromètre laser vers 1987.

Les éoliennes flottantes seraient amarrées avec des câbles à un réseau de sphères de 20 000 tonnes de 25 à 30 mètres de diamètre, soit à peu près la taille du dôme du MIT. Pour stocker l'énergie excédentaire non envoyée au réseau, les turbines actionneraient des pompes pour évacuer l'eau des sphères. Lorsque l'énergie était nécessaire, l'eau s'écoulait dans les sphères, faisant fonctionner les pompes à l'envers et agissait comme des générateurs.

Le développement de moyens peu coûteux de stocker de grandes quantités d'énergie sur le réseau électrique permettrait aux parcs éoliens et aux installations solaires, qui sont normalement des sources intermittentes, de fournir de l'électricité à la demande comme le font actuellement les centrales à combustibles fossiles et nucléaires. La conception de Slocum est une variante de l'hydroélectricité pompée conventionnelle, actuellement la méthode de stockage la plus rentable et la plus répandue. La technologie hydroélectrique pompée envoie l'eau en amont vers un réservoir et la libère pour générer de l'électricité pendant les heures de pointe. Au lieu de compter sur la gravité en stockant l'eau dans un lac au sommet d'une montagne, le concept de Slocum exploite la pression de l'eau à des centaines de mètres de profondeur océanique pour alimenter le générateur d'électricité. Les sphères de béton qui retiennent l'eau servent également à ancrer les turbines.

Si cela fonctionne, l'impact pourrait être dramatique. Le vent au-dessus des eaux profondes représente une ressource massive mais largement inexploitée. L'article de Slocum estime que 1 000 turbines, placées hors de vue à environ 30 à 50 kilomètres au large avec des sphères d'ancrage à 600 mètres sous la surface, pourraient fournir autant d'énergie qu'une centrale nucléaire. Les systèmes hydroélectriques de pompage d'aujourd'hui fournissent généralement des centaines de mégawatts d'électricité pendant six à 10 heures. Bien que le déploiement de turbines en eau profonde coûterait plus cher que de les placer près du rivage, Slocum et ses collègues estiment que le système d'énergie renouvelable océanique pourrait être compétitif par rapport à l'hydroélectricité pompée - et un déploiement à grande échelle avec 1 000 turbines pourrait stocker jusqu'à cinq gigawatts de puissance pendant 12 heures. Les chercheurs ont déjà construit un prototype de système avec une tour de 30 pieds de haut et des pompes standard et d'autres composants.

Le stockage est l'un des problèmes les plus difficiles en matière d'énergie, c'est pourquoi il a attiré des milliers de scientifiques et d'entrepreneurs. Bien qu'il s'agisse encore d'un projet de recherche, l'Ocean Renewable Energy System est remarquablement bien pensé, déclare Haresh Kamath, responsable du programme de stockage d'énergie à l'Electric Power Research Institute (EPRI). Avec ce concept, il s'agit plus d'un défi d'ingénierie que d'un défi des matériaux ou de la science fondamentale, dit-il.

Le projet met en valeur l'affinité de Slocum pour la conception symbiotique, ou la résolution de plusieurs problèmes à la fois. En plus de fournir un stockage d'énergie et de servir d'ancrage, les sphères seraient faites de béton pouvant contenir des quantités importantes de cendres volantes, un déchet des centrales électriques au charbon. Le système pourrait également profiter aux écosystèmes locaux en encourageant la croissance de la vie des fonds marins. Et dans un discours prononcé devant de hauts responsables japonais, Slocum a fait valoir qu'un parc éolien en eau profonde près de la centrale nucléaire de Fukushima pourrait fournir de nouveaux emplois aux pêcheurs locaux, qui ne peuvent plus y pêcher à cause des radiations. Ils pourraient aider à installer les systèmes, à effectuer la maintenance et à surveiller l'impact sur l'écosystème.

Le professeur Slocum a terminé le championnat américain Ironman 2012 en 13 heures, 7 minutes et 41 secondes.

Dans un effort de recherche distinct, Slocum a dirigé la conception d'un système dans lequel la chaleur des concentrateurs solaires est stockée dans de grandes piscines de sel liquide. Un certain nombre de centrales solaires concentrées à grande échelle utilisent déjà du sel fondu; il emmagasine la chaleur du soleil et, grâce à un échangeur de chaleur, convertit l'eau en vapeur pour produire de l'électricité dans une turbine à vapeur conventionnelle. Dans ces systèmes, le sel est chauffé lorsqu'il circule dans des tubes, mais Slocum propose une méthode différente. S'appuyant sur des recherches des années 1970, sa technologie projeterait la lumière du soleil directement dans un grand volume de sel fondu, éliminant ainsi le réseau de tuyaux et de pompes qui tendent à être les points faibles des systèmes d'énergie solaire à concentration traditionnels.

Les systèmes de stockage éolien et solaire de Slocum sont confrontés à d'énormes obstacles avant de pouvoir dépasser la phase de conception et de prototype à petite échelle. Au niveau le plus élémentaire, les turbines flottantes dont le système d'énergie renouvelable océanique a besoin pour capturer le vent au-dessus des eaux profondes sont toujours en cours de test et n'ont pas encore été commercialisées. Et il est notoirement difficile de modéliser l'économie du stockage d'énergie sans systèmes de démonstration dans le monde réel, ce qui peut être difficile à financer, explique Kamath de l'EPRI.

Slocum n'est pas découragé. Bien sûr, il y a beaucoup de choses à comprendre, dit-il, mais les grands défis comme aller sur la lune nécessitent des années de persévérance et de réflexion parallèle, ou de travailler sur de nombreux problèmes simultanément. Les éoliennes flottantes, par exemple, sont déjà développées par d'autres ; un stockage d'énergie sous-marin de plusieurs heures pourrait contribuer à accélérer leur adoption. Lorsque vous avez deux problèmes à la fois qui dépendent l'un de l'autre, ils se catalysent l'un l'autre, dit-il. Je suppose que vous vous retrouvez souvent avec une meilleure solution pour les deux en les considérant comme un système.

Cet accent mis sur la pensée systémique, couvrant tout, de la conception du produit à la fabrication, accompagne également Slocum dans la salle de classe. Dans sa classe Precision Machine Design, 2.75, les médecins viennent présenter des défis spécifiques aux équipes d'étudiants. Les étudiants conçoivent et fabriquent ensuite une machine de validation de principe qui non seulement résout le problème spécifique d'un clinicien, mais peut également être fabriquée de manière économique. Lorsque vous pensez à la fabrication et au déploiement [au fur et à mesure que vous concevez], vous finissez par inventer plus de choses qui remontent au début, et vous finissez par inventer une meilleure machine, dit Slocum. Depuis qu'il a fait des dispositifs médicaux l'objet de 2,75 en 2004, la classe a contribué à générer de nombreux articles évalués par des pairs, une douzaine de demandes de brevet et quelques entreprises dérivées, telles que Appareils de repos , une startup de Boston qui fabrique des chemises avec des capteurs intégrés pour surveiller le sommeil.

La classe est remarquable car elle combine des conférences sur la théorie avec des travaux pratiques sur la fabrication de prototypes, explique Tohru Yagi, chercheur invité Fulbright de l'Institut de technologie de Tokyo au Japon, qui a passé l'année dernière dans le groupe de recherche en ingénierie de précision de Slocum ( PERG ) laboratoire. Ce qu'il fait est très analytique et également systématique, et cela peut être appliqué à n'importe quelle industrie, pas seulement à l'ingénierie, dit-il. En effet, Slocum possède une vaste expérience dans l'industrie et a été impliqué dans des entreprises dérivées, plus récemment la startup Keystone Tower Systems, qui a développé un moyen de fabriquer des tours d'éoliennes à moindre coût en utilisant moins d'acier.

Slocum, portant un Utilikilt et des bretelles de mesure, hissant Greg Tao '10, qui venait de remporter le concours de robots 2.007, en 2008.

Slocum lui-même est bricoleur, menuisier et fabricant de meubles depuis toujours. Il a rejoint le MIT Hobby Shop, l'atelier bois et métal de l'Institut, en tant qu'étudiant en 1978 et préside aujourd'hui son comité de surveillance. Il n'a pas peur de se salir avec un travail pratique lui-même. L'associé postdoctoral Nevan Clancy Hanumara, SM '06, PhD '12, qui co-enseigne la classe 2.75, dit qu'il est tombé une fois sur Slocum dans un hôtel de Chicago où Hanumara assistait à une conférence et a trouvé le professeur, en ville pour une visite de l'industrie, couvert de graisse. Lorsqu'on lui a demandé ce qui s'était passé, Slocum a dit, j'ai dû grimper dans une machine.

L'enthousiasme de Slocum pour son travail a tendance à déteindre sur les étudiants de son laboratoire. Il essaie de les motiver en attisant leurs propres passions et en leur donnant l'appropriation de leurs projets. Tant que vos intérêts ont une certaine pertinence, une certaine application pratique, il est tout à fait d'accord, déclare le doctorant et membre du laboratoire Slocum Nikolai Begg '09, SM '11, un ingénieur en dispositifs médicaux qui a remporté le Lemelson-MIT Collegiate Student Prize. cette année. C'est formidable de pouvoir poursuivre ce que vous voulez faire et étudier. Il n'a pas un grand agenda personnel. Slocum a été nommé professeur du Massachusetts de l'année en 2000, l'un des nombreux prix qu'il a reçus.

Une chose qui fait de Slocum un professeur particulièrement efficace, c'est qu'il mélange son enthousiasme pour l'ingénierie avec l'humour. Lorsqu'il a enseigné le cours de conception et de fabrication de longue date 2.007, les étudiants ont eu une dose de son style ludique le premier jour. En sortant des matériaux disponibles pour réaliser le projet de ce semestre, il a démontré la force relative des objets avec son corps : il a plié des tiges de métal sur son cou, a pressé des feuilles de métal sur son torse et a livré de fausses côtelettes de karaté sur des planches de bois avec un cri perçant. . Au cours de la compétition finale entre les robots créés par les étudiants, il a fait le commentaire animé jeu par jeu comme s'il appelait un match de lutte, criant des lignes comme C'est là que la physique rencontre le tapis ! En célébrant les gagnants de ce qu'il appelle cet événement geek-alicious, Slocum est connu pour soulever les étudiants avec un câlin d'ours géant ou les hisser sur ses épaules pour un tour de victoire. Et qu'il tienne un tribunal dans une salle de conférence ou qu'il parle en tête-à-tête, des répliques loufoques parsèment son discours. (Un exemple, sur les dangers de la pensée linéaire : pendant que nous sommes occupés à analyser notre smoking, nous ne réalisons pas que notre pantalon est en feu.) Lorsqu'on lui a demandé quel âge il avait, Slocum a plaisanté : trop jeune pour s'en soucier.

Mais son expertise dans les affaires sérieuses est reconnue au plus haut niveau. Lorsque le gouvernement fédéral s'est efforcé d'endiguer la marée noire de Deepwater Horizon en 2010 dans le golfe du Mexique, Slocum, qui a travaillé dans le forage pétrolier en mer pendant ses études supérieures, faisait partie du groupe sélect du secrétaire à l'Énergie, Steven Chu. conseillers scientifiques . Il a joué un rôle essentiel dans la réponse en développant un correctif lorsque les conduites hydrauliques qui permettent aux ingénieurs de contrôler les véhicules sous-marins télécommandés ont été sectionnées. L'année dernière, il a été invité au Japon, où il a conseillé des responsables sur la manière dont l'énergie des centrales nucléaires fermées après Fukushima pourrait être remplacée en détournant une partie de la capacité de fabrication automobile du pays pour développer l'éolien offshore.

Dans le système d'énergie renouvelable océanique de Slocum, une turbine flottante est ancrée dans les eaux profondes par des sphères massives en béton qui servent également de dispositifs de stockage d'énergie.

Slocum est connu pour intégrer une énorme quantité d'activités, y compris l'entraînement au triathlon, dans ses journées. Pourtant, il a récemment assumé une autre responsabilité, au Bureau de la politique scientifique et technologique de la Maison Blanche. En tant que directeur adjoint de la fabrication de pointe, il sera ce qu'il appelle un geek en résidence, chargé d'aider à lancer un certain nombre de centres de fabrication de pointe. Le poste correspond bien à sa philosophie de conception pour la fabrication.

Dans le laboratoire PERG, Slocum met l'accent sur une approche multidisciplinaire et sur l'aspect pratique du monde réel. Lors des revues de conception, les chercheurs reçoivent les commentaires d'ingénieurs dans des domaines complètement différents du leur, tels que les instruments chirurgicaux, la fabrication de médicaments, l'extraction de pétrole et la détection du cancer. Pour mieux comprendre le fonctionnement de l'industrie, il a fait visiter aux membres du laboratoire de nombreuses entreprises différentes, y compris des installations de production aérospatiale.

En tant que directeur de laboratoire, Slocum favorise une atmosphère collégiale en invitant des chercheurs dans sa ferme de 300 acres dans le New Hampshire, où il cultive des fruits et élève des moutons, des alpagas et des poulets. Lors de ces sorties mondaines, il s'assure que tout le monde a un travail, qu'il s'agisse de ramasser du bois pour le feu ou de participer à la chasse à la dinde. C'est comme un instantané de sa vie - chacun travaille et s'amuse avec son propre rôle, explique Daniel Codd, ancien élève du PERG, PhD '11, qui essaie maintenant d'obtenir un financement pour commercialiser le système de stockage d'énergie à base de sel fondu sur lequel il a travaillé avec Slocum en tant que un étudiant. Il est doué pour amener les gens autour de lui à se rallier à quelque chose de plus grand.

Greg Tao '10, qui a remporté le concours de robotique 2.007 en 2008, admire la capacité de Slocum à exceller non seulement dans de nombreuses activités intellectuelles, mais aussi en tant qu'athlète. Vous pouvez faire bien plus qu'être un bon universitaire – il incarne vraiment cela, dit-il.

Pour Slocum lui-même, diviser son attention entre de nombreux intérêts fonctionne apparemment : il y a des dizaines de brevets délivrés ou en instance avec son nom dessus. Il pourrait facilement passer du monde universitaire à travailler en tant que scientifique en chef dans une startup technologique ou une autre entreprise commerciale. Mais cela semble peu probable. Ses liens avec l'Institut sont profonds : il a passé presque toute sa vie d'adulte au MIT et ses trois enfants, tous des fils, se sont inscrits comme étudiants (deux ont déjà obtenu leur diplôme et un y est maintenant). Plus important encore, son rôle lui permet de poursuivre ses passions dans la conception en génie mécanique. Tous les trois ans, j'essaie comme un diable de sortir d'ici, dit-il. Mais je reviens toujours parce que c'est tellement amusant.

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