Faciliteit Focus:Worcester Polytechnic Institute

Worcester Polytechnic Institute (WPI) werd opgericht in 1865 en is de op twee na oudste particuliere technologische universiteit van het land. WPI, gevestigd in Worcester, MA, bevordert onderzoek op gebieden van weefseltechnologie en regeneratieve geneeskunde, tot verkenning van de technologische en beleidskwesties rond cyberbeveiliging, tot studies van uiteenlopende kwesties als de gezondheid en veiligheid van brandweerlieden en de brandveiligheidsuitdagingen van groene gebouwen.

WPI heeft vijf transversale onderzoeksgebieden ontwikkeld:

Gezondheid en biotechnologie — WPI's onderzoek op het gebied van gezondheid en biotechnologie bestrijkt meerdere disciplines en omvat aandachtsgebieden zoals celbiologie, regeneratieve biowetenschappen, weefselmechanica en mechanobiologie, biofysica, ziektebehandeling en diergedrag.

Robotica en internet der dingen — Robottechnologieën omvatten medische robotica, zachte robotica, mens-robotinteractie en onbemande luchtvaartuigen. Robotsystemen die beschikbaar zijn voor onderzoekers omvatten WPI's Atlas Robot for Nonconventional Emergency Response (WARNER), een 1,80 meter hoge Atlas humanoïde robot van Boston Dynamics die WPI's deelname was aan de DARPA Robotics Challenge voor respons op robotrampen.

Met meer dan een kwart miljard voertuigen op de Amerikaanse wegen, vinden WPI-onderzoekers manieren om die reizen veiliger en de voertuigen goedkoper en milieuvriendelijker te maken. Cyberfysische systemen maken het voor mensen gemakkelijker om te communiceren met technische systemen dankzij complexe en geavanceerde technologische toepassingen.

Geavanceerde materialen en fabricage — Het multidisciplinaire onderzoek van WPI op het gebied van materiaalwetenschap en techniek wordt gemotiveerd door de erkenning dat de toekomst zal afhangen van de ontwikkeling van nieuwe materialen (inclusief materialen geïnspireerd door de natuur), het innovatieve gebruik van traditionele materialen en het terugwinnen en hergebruik van materialen. Brede onderzoeksinspanningen richten zich op duurzaamheidskwesties op het gebied van energieopwekking en alternatieve energie (brandstofcellen, netopslag en stroomopwekking met behulp van onderzeese vliegers), productie (lean productie, duurzame toeleveringsketens en geavanceerde industriële droging) en mobiliteit (de productie van vloeibare transportbrandstoffen uit lignocellulose biomassa).

Cyber, gegevens en beveiliging — Aangewezen als Centre of Excellence in Cybersecurity Research door de National Security Agency en het Department of Homeland Security, houdt WPI zich bezig met cyberbeveiligingsonderzoek in een breed scala van disciplines om een ​​groot aantal veiligheidsbedreigingen aan te pakken. WPI-onderzoekers richten zich op het verbeteren van tools en technieken voor datamining en het ontwikkelen van nieuwe methoden om big data te gebruiken om datagestuurde voorspellingen en beslissingen te maken. In brandbeveiligingstechniek passen onderzoekers geavanceerde experimentele en computationele technieken toe om een ​​breed scala aan brandveiligheidsproblemen aan te pakken.

Leerwetenschappen — WPI-onderzoekers in leerwetenschappen ontwikkelen onderwijstechnologieën die computationele methodologie combineren met theoretische kaders in de leer- en sociale wetenschappen om onderwerpen te onderzoeken zoals instructietechnologieën, leren met visualisaties en simulaties, leerlingkenmerken, mens-computerinteractie en machinaal leren.

School of Engineering

De School of Engineering van WPI, bestaande uit 14 gerichte afdelingen, richt zich op een breed scala aan technologische gebieden.

Lucht- en ruimtevaarttechniek omarmt de wetenschap en technologieën die vliegtuigen en ruimtevaartuigen creëren, ontwikkelen en verbeteren. Met behulp van apparatuur en faciliteiten, waaronder windtunnels, vacuümkamers en besturingsinstrumenten, omvatten technische gebieden vloeistoffen en plasma's, voortstuwing en energie, besturingselementen en dynamiek, en constructies en materialen.

WPI's Biomedical Engineering werkt aan ontwikkelingen die zo divers zijn als wondgenezende hechtingen, bloedvattechniek, bewaking van vitale functies voor brandweerlieden en beugels voor gewrichtsstabilisatie.

Binnen Chemische technologie, onderzoekers lossen echte problemen op op gebieden als milieubescherming, hernieuwbare energie en biowetenschappen door de ontwikkeling van nieuwe technologieën, processen en materialen.

Civiele en milieutechniek raakt aan onderwerpen als duurzaamheid, behoud van natuurlijke hulpbronnen, design, constructie, architectuur en energie. Technische gebieden omvatten bestratingstechniek en snelwegmaterialen, analyse en ontwerp van structurele systemen en slimme constructies, constructie en ontwerp-constructie-integratie, fysieke en chemische behandeling, energie en duurzaamheid, watervoorraden en duurzaam gebouwontwerp.

Onderzoek in elektrotechniek en computertechniek omvat machine learning, cryptografie en informatiebeveiliging, signaalverwerking, autonome voertuigen, slimme gezondheid, prothesecontrole, analoge en digitale micro-elektronica en draadloze informatienetwerken. WPI-innovaties omvatten de uitvinding van de versterker met negatieve feedback en het leggen van de basis voor de eerste draadloze lokale netwerken.

De thuisbasis van een van de slechts drie brandbeveiligingsengineeringprogramma's in de Verenigde Staten, WPI's Fire Protection Engineering werk informeert en vormt het regelgevingsbeleid, het ontwerp van gebouwen, productieprocessen, eerstehulpdiensten en productprestatienormen. Er wordt onderzoek gedaan naar materialen, verbrandings- en explosiebeveiliging, bouw- en brandsystemen, veiligheid en beleid van brandweerlieden, menselijk gedrag en uitgaan, ontwerp en regelgeving, en de impact van brand op gebouwen, infrastructuur en het milieu.

Industriële techniek dient als brug tussen engineering en management om processen te analyseren en aan te passen of nieuwe te creëren. Of het nu gaat om een ​​fabricageprocedure of een herontwerp van de fysieke ruimte, industriële ingenieurs identificeren de mensen, materialen, technologie, informatie en energie die nodig zijn om een ​​proces efficiënt te laten verlopen.

Productietechniek omvat gebieden als robotica, productie en materiaalverwerking, besturingssystemen, machinale bewerking, slijpen, lesgeven in CNC-bewerking, materiaaltechniek en oppervlaktemetrologie.

Het gebied van Materialen Process Engineering richt zich op de wetenschap van materialen, materiaalverwerking en zakelijke praktijken. Productieprocessen zoals nanomaterialen en biopolymeren en onderwerpen als lean manufacturing, gieten en warmtebehandeling, kostenanalyse brandstofcellen en oppervlaktemetrologie zijn inbegrepen.

Materialen wetenschap en techniek is gericht op de manieren waarop materialen worden gemaakt, gebruikt en gerecycled; op het ontwikkelen en verwerken van nieuwe materialen en producten; en op het innovatieve gebruik van traditionele materialen. Fundamenteel begrip van materialen op nano-, micro- en macroschaal omvat structuur, verwerking, eigenschappen, prestaties, kinetiek en thermodynamica.

Sterke punten binnen Werktuigbouwkunde omvatten thermische wetenschappen, nanotechnologie en nanomaterialen, biomechanica en medische apparaten, additieve fabricage en gedrukte elektronica, fotonica en optomechanica, sensoren en metrologie, metaalverwerking, batterijen en elektrochemie, en zonnecelmaterialen.

Er wordt onderzoek gedaan binnen Robotics Engineering op gebieden zoals mens-robotinteractie en interfaces, planning en controle van robotbewegingen, medische en ondersteunende robots, sensoren/actuatoren en robotontwerp, robotica en AI, menselijke augmentatie, robotmanipulatie, zachte robots, autonome voertuigen, ingebedde systemen voor robots, en multi-robotsystemen.

Systeemtechniek is een holistische benadering van het ontwerp, de bouw en het onderhoud van systemen. Onderwerpen hebben betrekking op zowel engineering- als managementaspecten en omvatten kunstmatige intelligentie, op modellen gebaseerde systeemengineering, requirements-engineering, systeemarchitectuur en -ontwerp, en validatie en verificatie.

Technologieën

Golfbewegingsonderzoek bij WPI zou op een dag een kogelvrij vest kunnen creëren dat niet alleen de snelheid, invalshoek en grootte van een inkomende kogel zal voelen, maar het materiaal in het vest zal onmiddellijk van eigenschappen veranderen om een ​​betere schokbescherming te bieden op het exacte punt van invloed. De korrelige materialen kunnen worden gebruikt in persoonlijke beschermingsmiddelen, zoals vesten en helmen, die kunnen worden gedragen door het leger, de politie en andere professionals zoals atleten en bouwvakkers. Ze kunnen ook worden gebruikt als een beschermende bedekking voor gebouwen of zelfs om het internationale ruimtestation, satellieten en ruimtevaartuigen te beschermen tegen beschadiging door ruimteafval en meteorieten.

Een team van WPI ontdekte dat extracten van de bladeren van de Artemisia annua-plant, een geneeskrachtig kruid dat ook bekend staat als zoete alsem, de replicatie van het SARS-CoV-2-virus (het virus dat verantwoordelijk is voor de COVID-19-pandemie) en twee van zijn recente varianten. Een of meer verbindingen in de plant kunnen wijzen op een veilige, goedkope therapeutische behandeling voor SARS-CoV-2.

Ingenieurs hebben een smartphone-app ontwikkeld die kan helpen bij het traceren van contacten die nodig zijn om de verspreiding van COVID-19 in te dammen zonder de privacy of persoonlijke veiligheid van gebruikers in gevaar te brengen. Er zijn twee manieren ontwikkeld om trackinggegevens te verzamelen. Met de eerste zou de app de locatie van de gebruiker volgen en alle opgeslagen informatie coderen. Het zou dan de gecodeerde gegevens, minus eventuele persoonlijk identificeerbare informatie, naar een server sturen die wordt gebruikt door een volksgezondheidsafdeling. Een andere benadering zou alleen informatie uploaden van iedereen die positief test op COVID-19. Die informatie zou openbaar worden gemaakt, zonder de geïnfecteerde personen te identificeren, zodat iedereen online kan gaan en zelf kan controleren of ze in nauw contact zijn geweest met iemand die positief heeft getest.

Een cruciaal diagnostisch hulpmiddel dat bij WPI wordt ontwikkeld, is een robot-echografiemachine om ziektesymptomen in de longen te detecteren – een belangrijke ontwikkeling waarmee zorgverleners hun blootstelling aan het virus kunnen minimaliseren bij het uitvoeren van beoordelingen van COVID-19-patiënten. Het platform elimineert vrijwel fysiek contact tussen patiënten en gezondheidswerkers tijdens scans, waardoor het risico op verspreiding wordt geminimaliseerd en toch essentiële gegevens kunnen worden verzameld.

WPI creëerde hernieuwbare brandstof uit rioolslib, een bijproduct van afvalwaterbehandeling dat broeikasgassen en watervervuiling veroorzaakt wanneer het op stortplaatsen wordt gedumpt. Het maakt gebruik van hydrothermische processen, hoge temperaturen en druk en goedkope katalysatoren om rioolslib - en de energie en koolstof die het bevat - om te zetten in aardgas. Bovendien kunnen nitraten en fosfaten die tijdens het nieuwe proces worden gewonnen, worden gebruikt in de landbouw.

Er is een gedeeltelijke handprothese gemaakt waarmee vingers aan de gedeeltelijke hand van een persoon kunnen worden bevestigd om een ​​deel van de functionaliteit van de vingers te vervangen. Een polsband herbergt de actuator voor duimbeweging en een kleine solenoïde die hem op zijn plaats vergrendelt. Ingebouwde sensoren stellen de persoon in staat om met het kleine overgebleven stukje van een vinger te drukken, waardoor de prothetische duim naar voren en naar achteren beweegt.

Een WPI-wiskundige helpt het Amerikaanse leger een chemische sensor ter grootte van een duimnagel te maken die op bovenkleding kan worden gedragen om gevaarlijke chemicaliën sneller te detecteren en het aantal valse alarmen te verminderen. De draagbare sensor is gebouwd om de menselijke neus na te bootsen. Elke sensor detecteert combinaties van meerdere moleculen - de ene kan dieseldampen en een specifiek chemisch agens detecteren, terwijl een andere dieseldampen en vochtigheid kan detecteren. De resultaten worden gecombineerd om een ​​completere en nauwkeurigere beoordeling van de chemicaliën in het milieu te geven.

Een sensor ter grootte van een BAND-AID ^® is ontwikkeld om het zuurstofgehalte in het bloed van een baby te meten, een essentiële indicatie van de effectiviteit van de longen en of het weefsel van de baby voldoende zuurstof krijgt. In tegenstelling tot de huidige systemen die in ziekenhuizen worden gebruikt, zal dit geminiaturiseerde draagbare apparaat flexibel en rekbaar zijn, draadloos, goedkoop en mobiel, waardoor het kind mogelijk het ziekenhuis kan verlaten en op afstand kan worden gecontroleerd.

Een autonome rover en een drone die de lading inzet, werden ontwikkeld om samen te werken om landmijnen te zoeken en tot ontploffing te brengen. De rover detecteert en markeert de mijnen met behulp van een goedkope metaaldetector, die slechts een gram metaal twee tot drie centimeter onder de grond kan detecteren. De drone laat vervolgens ladingen kleine zandzakken op de mijnen vallen om ze veilig tot ontploffing te brengen.

WPI-ingenieurs creëerden een 3D-printtechniek die kan worden gebruikt om voertuigen en andere kritieke technologie in het veld te repareren, waardoor het soms lange wachten op nieuwe onderdelen wordt vermeden en de paraatheid van militaire eenheden wordt vergroot. Het maakt gebruik van een techniek genaamd cold spray, die kan worden gebruikt om metalen onderdelen te repareren of zelfs nieuwe onderdelen helemaal opnieuw te maken door metaal laag voor laag op te bouwen in een 3D-printproces. Het proces kan worden teruggebracht tot een draagbare handapplicator voor gebruik in het veld.

Om NASA-ruimtevaartuigen lichter en meer schadebestendig te maken, ontwikkelde WPI methoden om onvolkomenheden in koolstofnanomaterialen te detecteren die worden gebruikt om composietraketbrandstoftanks en andere ruimtevaartuigstructuren te maken. Een algoritme verbetert aanzienlijk de resolutie van dichtheidsscansystemen die worden gebruikt om fouten in Miralon ^® te detecteren — een sterk, lichtgewicht, flexibel nanomateriaal. Miralon is gebruikt om structurele steunen in NASA's Juno-sonde in een baan om Jupiter te wikkelen om trillingen en statische ontlading te helpen dempen.

Technologieoverdracht

Het Office of Technology Commercialization (OTC) identificeert, evalueert, waardeert, beschermt, classificeert, verkoopt en licentiëert de intellectuele eigendommen die bij WPI zijn ontwikkeld. Ga voor meer informatie over beschikbare technologieën hier naar .

Om een ​​WPI-uitvinding in licentie te geven, neemt u contact op met Todd S. Keiller, directeur Intellectual Property and Innovation, op Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien.; 508-831-4907.