Un potente smanettone che fa cose

Zany, eccentrico, entusiasta. Ci sono molti modi per descrivere lo stile personale del professore di ingegneria meccanica Alexander Slocum. E li abbraccia tutti. In qualità di insegnante e ricercatore, usa quella che chiama la sua concentrazione da flipper e la sua passione per l'ingegneria meccanica per ispirare gli studenti e affrontare alcune delle più grandi sfide nel campo dell'energia, della medicina e dell'ingegneria di precisione. Probabilmente sarei classificato come ADHD++ perché la mia mente si muove così velocemente tra tante cose diverse, dice. Ma ho anche la disciplina per concentrarmi per ore quando l'idea giusta lo giustifica.

Il professor Slocum mostra al presidente Obama un prototipo approssimativo di un sistema per immagazzinare l'energia eolica nelle acque profonde dell'oceano nel 2009.

Slocum si autodefinisce gizmologist e amante di tutti i tipi di macchine, dalle gigantesche torri di turbine eoliche alle apparecchiature che coltivano nanotubi di carbonio. Con il suo guardaroba colorato, è una figura riconoscibile nel campus e partecipa attivamente alla vita studentesca, spesso cucinando cene di pasta per le matricole del gruppo di studio sperimentale. Come professore, esemplifica il motto del MIT di mente e mano , o mente e mano, insegnando agli studenti a combinare l'indagine intellettuale con l'ingegneria e il design pratici.

È la sua ricerca nell'energia rinnovabile, tuttavia, che recentemente ha ottenuto la maggiore attenzione al di fuori del MIT. Questa primavera, Slocum è coautore di un articolo in Atti dell'IEEE descrivendo un sistema di accumulo di energia su larga scala basato su grandi sfere di cemento sottomarino e turbine eoliche galleggianti. Quando Barack Obama ha visitato il MIT nel 2009 per tenere un discorso sull'energia, Slocum, in una delle sue tipiche camicie hawaiane, ha dimostrato il concetto al presidente usando una turbina eolica giocattolo e grandi vasi pieni di sabbia e acqua. Da allora, il lavoro è progredito fino al punto in cui Slocum e colleghi hanno discusso con una grande società di ingegneria e costruzioni su come sarebbe possibile fabbricare le massicce strutture. Slocum stima che ci vorranno dai cinque ai dieci anni per commercializzare l'idea, che chiama Ocean Renewable Energy System.

Utilizzo di un interferometro laser intorno al 1987.

Le turbine eoliche galleggianti sarebbero ormeggiate con cavi a una rete di sfere da 20.000 tonnellate di diametro compreso tra 25 e 30 metri, o circa le dimensioni della cupola del MIT. Per immagazzinare l'energia in eccesso non inviata alla rete, le turbine azionano pompe per evacuare l'acqua dalle sfere. Quando era necessaria l'energia, l'acqua scorreva nelle sfere, facendo funzionare le pompe al contrario e fungendo da generatori.

Lo sviluppo di modi economici per immagazzinare grandi quantità di energia sulla rete elettrica consentirebbe ai parchi eolici e agli impianti solari, che normalmente sono fonti intermittenti, di fornire energia su richiesta come fanno ora gli impianti a combustibili fossili e nucleari. Il design di Slocum è una svolta rispetto all'energia idroelettrica con pompaggio convenzionale, attualmente il metodo di stoccaggio più conveniente e diffuso. La tecnologia idroelettrica pompata invia l'acqua a monte a un serbatoio e la rilascia per generare energia durante le ore di punta. Invece di fare affidamento sulla gravità immagazzinando l'acqua in un lago in cima a una montagna, il concetto di Slocum sfrutta la pressione dell'acqua a centinaia di metri di profondità dell'oceano per alimentare il generatore di elettricità. Le sfere di cemento che trattengono l'acqua servono anche per l'ancoraggio delle turbine.

Se funziona, l'impatto potrebbe essere drammatico. Il vento sulle acque profonde rappresenta una risorsa enorme ma in gran parte non sfruttata. L'articolo di Slocum stima che 1.000 turbine, posizionate fuori dalla vista a circa 30-50 chilometri al largo con sfere di ancoraggio a 600 metri sotto la superficie, potrebbero fornire tanta energia quanto una centrale nucleare. Gli odierni sistemi idroelettrici di pompaggio forniscono in genere centinaia di megawatt di potenza per 6-10 ore. Sebbene l'installazione di turbine in acque profonde sarebbe più costosa rispetto a posizionarle vicino alla riva, Slocum e i suoi colleghi stimano che l'Ocean Renewable Energy System potrebbe essere competitivo in termini di prezzo con l'idroelettrico pompato e un dispiegamento su larga scala con 1.000 turbine potrebbe immagazzinare fino a cinque gigawatt di potenza fino a 12 ore. I ricercatori hanno già costruito un prototipo di sistema con una torre alta 9 metri e pompe standard e altri componenti.

Lo stoccaggio è uno dei problemi più difficili nel campo dell'energia, motivo per cui ha attratto migliaia di scienziati e imprenditori. Sebbene sia ancora un progetto di ricerca, l'Ocean Renewable Energy System è straordinariamente ben congegnato, afferma Haresh Kamath, responsabile del programma per lo stoccaggio dell'energia presso l'Electric Power Research Institute (EPRI). Con questo concetto, è più una sfida ingegneristica piuttosto che una sfida sui materiali o sulla scienza fondamentale, dice.

Il progetto mette in mostra l'affinità di Slocum per il design simbiotico o per la risoluzione di più problemi contemporaneamente. Oltre a fornire accumulo di energia e fungere da ancore, le sfere sarebbero realizzate in cemento che può contenere quantità significative di ceneri volanti, un prodotto di scarto delle centrali elettriche a carbone. Il sistema potrebbe anche avvantaggiare gli ecosistemi locali incoraggiando la crescita della vita dei fondali. E in un discorso agli alti funzionari giapponesi, Slocum ha sostenuto che un parco eolico di acque profonde vicino alla centrale nucleare di Fukushima chiusa potrebbe fornire nuovi posti di lavoro ai pescatori locali, che non possono più pescare lì a causa delle radiazioni. Potrebbero aiutare a installare i sistemi, eseguire la manutenzione e monitorare l'impatto sull'ecosistema.

Il professor Slocum ha terminato l'Ironman US Championship 2012 in 13 ore, 7 minuti e 41 secondi.

In uno sforzo di ricerca separato, Slocum ha guidato la progettazione di un sistema in cui il calore dei concentratori solari viene immagazzinato in grandi pozze di sale liquido. Numerosi impianti solari a concentrazione su larga scala utilizzano già il sale fuso; immagazzina il calore del sole e, attraverso uno scambiatore di calore, converte l'acqua in vapore per generare elettricità in una convenzionale turbina a vapore. In questi sistemi il sale viene riscaldato mentre circola attraverso i tubi, ma Slocum propone un metodo diverso. Attingendo alla ricerca degli anni '70, la sua tecnologia irradiava la luce solare direttamente in un grande volume di sale fuso, eliminando la rete di tubi e pompe che tendono ad essere i punti deboli nei tradizionali sistemi di energia solare concentrata.

I sistemi di accumulo eolico e solare di Slocum devono affrontare enormi ostacoli prima di poter andare oltre la fase di progettazione e prototipo su piccola scala. Al livello più elementare, le turbine galleggianti che l'Ocean Renewable Energy System richiede per catturare il vento in acque profonde sono ancora in fase di test e devono ancora essere commercializzate. Ed è notoriamente difficile modellare l'economia dello stoccaggio di energia senza sistemi dimostrativi reali, che possono essere difficili da finanziare, afferma Kamath dell'EPRI.

Slocum non è scoraggiato. Ovviamente ci sono molte cose da capire, dice, ma grandi sfide come andare sulla luna richiedono anni di perseveranza e pensiero parallelo, o lavorare su molti problemi contemporaneamente. Le turbine eoliche galleggianti, ad esempio, sono già in fase di sviluppo da parte di altri; l'accumulo di energia sottomarina di più ore potrebbe aiutare ad accelerare la loro adozione. Quando hai due problemi contemporaneamente che dipendono l'uno dall'altro, si catalizzano a vicenda, dice. Ipotizzo che spesso finisci con una soluzione migliore per entrambi pensando a loro come un sistema.

L'enfasi sul pensiero sistemico, che abbraccia tutto, dalla progettazione del prodotto alla produzione, accompagna Slocum anche in classe. Nella sua classe di Precision Machine Design, 2.75, i medici entrano e presentano sfide specifiche ai team di studenti. Gli studenti quindi progettano e realizzano una macchina di prova che non solo risolve il problema specifico di un medico, ma può anche essere realizzata in modo economico. Quando pensi alla produzione e all'implementazione [mentre progetti], finisci per inventare più cose che risalgono all'inizio e finisci per inventare una macchina migliore, dice Slocum. Da quando ha messo i dispositivi medici al centro di 2.75 nel 2004, la classe ha contribuito a generare molti articoli sottoposti a revisione paritaria, circa una dozzina di domande di brevetto e alcune società spin-off, come Dispositivi di riposo , una startup di Boston che produce magliette con sensori incorporati per monitorare il sonno.

La classe è notevole perché combina lezioni teoriche con lavori pratici per la realizzazione di prototipi, afferma Tohru Yagi, uno studioso Fulbright in visita presso il Tokyo Institute of Technology in Giappone, che ha trascorso l'ultimo anno nel Precision Engineering Research Group di Slocum ( PERG ) laboratorio. Quello che fa è molto analitico e anche sistematico e può essere applicato a qualsiasi settore, non solo all'ingegneria, dice. In effetti, Slocum ha una vasta esperienza con l'industria ed è stato coinvolto in società spin-off, più recentemente la startup Keystone Tower Systems, che ha sviluppato un modo per realizzare torri per turbine eoliche a costi inferiori utilizzando meno acciaio.

Slocum, sfoggiando un Utilikilt e misurando le bretelle, issando Greg Tao '10, che aveva appena vinto la competizione di robot 2.007, nel 2008.

Lo stesso Slocum è un artigiano, un falegname e un produttore di mobili da una vita. È entrato a far parte del MIT Hobby Shop, il laboratorio di legno e metallo dell'Istituto, da studente nel 1978 e ora ne presiede il comitato di supervisione. Non ha paura di sporcarsi con il lavoro pratico. Il socio post-dottorato Nevan Clancy Hanumara, SM '06, PhD '12, che insegna la classe 2.75, dice di aver incontrato Slocum in un hotel di Chicago dove Hanumara stava partecipando a una conferenza e ha trovato il professore, in città per una visita industriale, ricoperta di grasso. Alla domanda su cosa sia successo, Slocum ha detto, devo essere salito su una macchina.

L'entusiasmo di Slocum per il suo lavoro tende a contagiare gli studenti nel suo laboratorio. Cerca di motivarli accendendo le loro passioni e dando loro la proprietà dei loro progetti. Finché i tuoi interessi hanno un qualche tipo di rilevanza, qualche applicazione pratica, lui è tutto per questo, dice il dottorando e membro del laboratorio Slocum Nikolai Begg '09, SM '11, un ingegnere di dispositivi medici che ha vinto il Lemelson-MIT Collegiate Student Prize quest'anno. È fantastico essere in grado di perseguire ciò che vuoi fare e studiare. Non ha una grande agenda personale. Slocum è stato nominato professore dell'anno del Massachusetts nel 2000, uno dei numerosi premi ricevuti.

Una cosa che rende Slocum un professore particolarmente efficace è che mescola il suo entusiasmo per l'ingegneria con l'umorismo. Quando ha insegnato alla lunga lezione di progettazione e produzione 2.007, gli studenti hanno ricevuto una dose del suo stile giocoso il primo giorno. Mentre estraeva i materiali disponibili per realizzare il progetto di quel semestre, ha dimostrato la forza relativa degli oggetti con il suo corpo: ha piegato aste di metallo sul suo collo, ha premuto fogli di metallo sul suo busto e ha consegnato finte costolette di karate su assi di legno con un forte grido . Durante la competizione finale tra i robot creati dagli studenti, ha fatto il vivace commento play-by-play come se stesse chiamando un incontro di wrestling, urlando linee come Questo è dove la fisica incontra il tappeto! Nel celebrare i vincitori di quello che chiama questo evento geek-alicious, Slocum è noto per sollevare gli studenti con un gigantesco abbraccio da orso o sollevarli sulle sue spalle per un giro di vittoria. E sia che tenga la corte in una sala conferenze o parli uno contro uno, le battute stupide condiscono il suo discorso. (Un esempio, sui pericoli del pensiero lineare: mentre siamo occupati ad analizzare il nostro smoking, non ci rendiamo conto che i nostri pantaloni sono in fiamme.) Alla domanda su quanti anni ha, Slocum scherza: Troppo giovane per preoccuparsene.

Ma la sua competenza in materia seria è riconosciuta ai massimi livelli. Quando il governo federale si è adoperato per arginare la fuoriuscita di petrolio della Deepwater Horizon del 2010 nel Golfo del Messico, Slocum, che ha lavorato nelle trivellazioni petrolifere offshore durante la scuola di specializzazione, era nel gruppo selezionato del segretario all'Energia Steven Chu consulenti scientifici . Ha svolto un ruolo essenziale nella risposta sviluppando una soluzione quando le linee idrauliche che consentono agli ingegneri di controllare i veicoli subacquei telecomandati sono state tagliate. L'anno scorso è stato invitato in Giappone, dove ha consigliato ai funzionari come l'energia dalle centrali nucleari chiuse dopo Fukushima potrebbe essere sostituita deviando una parte della capacità di produzione automobilistica del paese per sviluppare l'eolico offshore.

Nell'Ocean Renewable Energy System di Slocum, una turbina galleggiante è ancorata in acque profonde da enormi sfere di cemento che fungono anche da dispositivi di accumulo di energia.

Slocum è noto per aver accumulato un'enorme quantità di attività, incluso l'allenamento di triathlon, nelle sue giornate. Eppure di recente ha assunto un'altra responsabilità, presso l'Office of Science and Technology Policy della Casa Bianca. In qualità di assistente alla regia per la produzione avanzata, sarà quello che definisce un geek in residenza, incaricato di aiutare a lanciare una serie di centri di produzione avanzata. La posizione si adatta bene al suo design per la filosofia di produzione.

Nel laboratorio PERG, Slocum enfatizza un approccio multidisciplinare e la praticità del mondo reale. Durante le revisioni del progetto, i ricercatori ricevono feedback da ingegneri in campi completamente diversi dai propri, come strumenti chirurgici, produzione di farmaci, estrazione di petrolio e rilevamento del cancro. Per capire meglio come funziona l'industria, ha portato i membri del laboratorio in tour di molte aziende diverse, comprese le strutture di produzione aerospaziale.

In qualità di direttore di laboratorio, Slocum promuove un'atmosfera collegiale invitando i ricercatori nella sua fattoria di 300 acri nel New Hampshire, dove coltiva frutta e alleva pecore, alpaca e polli. Durante queste uscite sociali, si assicura che tutti abbiano un lavoro, che si tratti di raccogliere legna per il fuoco o di andare a caccia di tacchini. È come un'istantanea della sua vita: tutti lavorano e si divertono con il proprio ruolo, afferma Daniel Codd, alunno di PERG, PhD '11, che ora sta cercando di ottenere finanziamenti per commercializzare il sistema di accumulo di energia a sali fusi su cui ha lavorato con Slocum come uno studente. È bravo a convincere le persone intorno a lui a radunarsi attorno a qualcosa di più grande.

Greg Tao '10, che ha vinto la competizione di robotica 2.007 nel 2008, ammira la capacità di Slocum di eccellere non solo in tante attività intellettuali, ma anche come atleta. Puoi fare molto di più che essere un buon accademico: lui incarna davvero questo, dice.

Per lo stesso Slocum, dividere l'attenzione tra tanti interessi sembra funzionare: ci sono decine di brevetti rilasciati o in attesa di registrazione con il suo nome sopra. Potrebbe facilmente passare dal mondo accademico a lavorare come capo scienziato in una startup tecnologica o in un'altra impresa commerciale. Ma sembra improbabile che ciò accada. I suoi legami con l'Istituto sono profondi: ha trascorso quasi tutta la sua vita da adulto al MIT e i suoi tre figli, tutti maschi, si sono iscritti come studenti (due si sono già laureati e uno è lì adesso). Ancora più importante, il suo ruolo gli consente di perseguire le sue passioni nella progettazione meccanica. Ogni tre anni, cerco disperatamente di uscire di qui, dice. Ma continuo a tornare perché è così divertente.

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