<p>上個(gè)學(xué)期，彼得&middot;威廉姆斯(Peter Williams)在學(xué)習(xí)2002(力學(xué)與材料II)時(shí)，贏得了一個(gè)高度約等于三根頭發(fā)寬度的獎(jiǎng)杯。這位機(jī)械工程專業(yè)的大四學(xué)生并沒有因?yàn)檫@個(gè)微不足道的獎(jiǎng)項(xiàng)而感到被虧了，相反，他認(rèn)為這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)對(duì)于他和同學(xué)們被要求設(shè)計(jì)一種能夠承受壓縮的納米級(jí)材料的比賽來說是一個(gè)合適的獎(jiǎng)項(xiàng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)代表了材料力學(xué)性能本科課程的創(chuàng)新部分。雖然2002課程傳統(tǒng)上包括經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，但卡洛斯&middot;波特拉教授希望給學(xué)生們一個(gè)在他們領(lǐng)域令人興奮的前沿領(lǐng)域的實(shí)際研究經(jīng)驗(yàn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>波特拉是麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系達(dá)貝洛夫職業(yè)發(fā)展助理教授，她說:&ldquo;我們的目標(biāo)不僅是讓學(xué)生接觸納米技術(shù)、納米力學(xué)和超材料的前沿概念，而且尤其要讓他們?cè)谶@一經(jīng)歷中處于&lsquo;駕駛座&rsquo;。&rdquo;&ldquo;我們相信，一個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)&mdash;&mdash;讓學(xué)生發(fā)明新的超材料3D設(shè)計(jì)，觀察和參與制造和表征過程，并與同齡人進(jìn)行友好的競爭&mdash;&mdash;將實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)將學(xué)生們帶到了世界一流的麻省理工學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室。納米設(shè)施，環(huán)境如此微妙，所有進(jìn)入的人都必須從頭到腳蓋好自己，試圖阻擋哪怕是最微小的灰塵。他們的任務(wù)很簡單:用一種材料設(shè)計(jì)出最抗壓縮的微觀立方體，這種材料可以接觸立方體的每一面，但只占立方體總體積的20%。這些材料是用3D打印機(jī)制造的，3D打印機(jī)用激光照射樹脂，制造出精確、高分辨率的結(jié)構(gòu)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>威廉姆斯說:&ldquo;我們能夠設(shè)計(jì)出微尺度的超材料(具有特定機(jī)械行為的材料)，并從中得出一些非常有趣的設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)。&rdquo;他補(bǔ)充說，他很欣賞研究&ldquo;真正的科學(xué)家目前正在提出的問題&rdquo;的經(jīng)驗(yàn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在他的獲獎(jiǎng)作品中，威廉姆斯依靠的是他在參加2.002之前學(xué)到的設(shè)計(jì)原則。他稱這是一種&ldquo;明確的獲勝方式&rdquo;，他將納米材料排列在一個(gè)看起來像垂直墻壁的二維剖面上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;如果你有某種桁架結(jié)構(gòu)，它不會(huì)像直接由下面的材料支撐的材料那樣好。你不能把同樣的材料對(duì)角線放置，并期望它同樣堅(jiān)固。&rdquo;威廉姆斯說。&ldquo;我很擅長CAD，這是一個(gè)非常簡單的設(shè)計(jì)。更復(fù)雜的方法行不通。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>艾莉森&middot;金(Allison King)大四學(xué)生用六邊形設(shè)計(jì)了她的材料，六邊形也被認(rèn)為能很好地承受壓縮。金的作品獲得了第二名，雖然她對(duì)自己沒有拿到這個(gè)幾乎看不見的獎(jiǎng)杯感到有點(diǎn)失望，但她表示，能夠參加比賽，體驗(yàn)麻省理工學(xué)院的生活，她感到非常興奮。納米實(shí)驗(yàn)室。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;你走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，在那一刻你意識(shí)到，哇，麻省理工學(xué)院是一個(gè)非?？岬牡胤健?amp;rdquo;金說。&ldquo;人們現(xiàn)在就在你面前挑戰(zhàn)著工程學(xué)的極限。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>金說，當(dāng)她的材料在壓縮過程中通過電子顯微鏡顯示在顯示器上時(shí)，她&ldquo;非常緊張&rdquo;。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我喜歡機(jī)械工程的設(shè)計(jì)方面，喜歡檢驗(yàn)假設(shè)。&rdquo;她說。&ldquo;所以，我們被賦予了很大的自由&mdash;&mdash;比如，&lsquo;嘿，去設(shè)計(jì)任何你想要的東西，看看它是否有效，&rsquo;&mdash;&mdash;實(shí)際上，我們使用了我們一直在學(xué)習(xí)的技能和培訓(xùn)，看看我們是否真的能制造出產(chǎn)品。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>波特拉說，雖然設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)對(duì)學(xué)生來說是有趣和令人興奮的，但他們參與的過程具有深遠(yuǎn)的意義。他說，納米材料可以被創(chuàng)造出具有&ldquo;奇異的&rdquo;機(jī)械、熱、甚至電子特性。陶瓷可以被改造得像橡膠一樣，金屬可以被做得更堅(jiān)固，玻璃可以變得非常耐用。納米結(jié)構(gòu)還可以與光、聲音或電子相互作用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;納米材料有潛力解決尚未解決的社會(huì)和工程挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈儗?shí)現(xiàn)了現(xiàn)有材料無法實(shí)現(xiàn)的特性組合。大量生產(chǎn)具有納米結(jié)構(gòu)的材料的能力可能會(huì)對(duì)各種領(lǐng)域產(chǎn)生影響。&rdquo;Portela說。&ldquo;使這些特性超越納米或微尺度將改變游戲規(guī)則。&rdquo;他說，并補(bǔ)充說，&ldquo;要達(dá)到這一點(diǎn)，我們還有很多艱苦的工作要做。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>對(duì)于威廉姆斯來說，2.002和設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)可能會(huì)改變他個(gè)人的生活。目前他計(jì)劃畢業(yè)后在工業(yè)界工作，這段經(jīng)歷讓他考慮回到學(xué)術(shù)界。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他說:&ldquo;作為一名選修2.002課程的本科生，我能夠做非常研究生水平的研究，并使用非常高水平的設(shè)施。&rdquo;&ldquo;這讓我很興奮，因?yàn)槲矣锌赡芑氐窖芯款I(lǐng)域。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>