Сделай сам в Лаборатории физического дизайна Колумбийского университета

Dec 25, 2023

Старый механический цех в Пупин-холле обрел новую жизнь, став местом, где ученые могут представить будущее физики.

Пупин Холл имеет легендарную историю в Колумбийском университете. В этом здании, построенном в 1927 году, жили ученые, которые были пионерами атомной и ядерной физики, заглянули в глубины Вселенной и проложили путь к первой квантовой революции.

Сегодня эта традиция продолжается, но для передовых экспериментов нужны передовые детали, которые зачастую еще предстоит изобрести. В Лаборатории физического проектирования Колумбийского университета у преподавателей и аспирантов теперь есть пространство «сделай сам», где они могут представить будущее и построить детали для его достижения.

Эти детали включают в себя такие вещи, как подставки для поворотных столов для изучения квантовых свойств листов толщиной в атом, фланцы для ультрахолодных вакуумных камер, предназначенных для размещения квантовых материалов для визуализации и манипуляций, а также компоненты для новых лазерных установок. «Как правило, это множество очень маленьких частей очень сложных и очень крутых систем», — сказала Клара Уилсон, штатный инженер, перешедшая в Колумбию в прошлом году из JILA, чтобы помочь заново изобрести пространство.

На протяжении большей части 20-го века ученым приходилось строить почти все для своих экспериментов самостоятельно, объяснил физик из Колумбийского университета Кори Дин, поэтому университетские машиностроительные, деревообрабатывающие и даже электротехнические мастерские были нормой. Но со временем начали появляться коммерческие поставщики, поставляющие специализированные детали и детали, а поддержка университетов стала менее распространенной.

В Пупин-Холле содержался цех, где слесари по-прежнему изготавливали детали на заказ, но новое поколение физиков Колумбийского университета, включая Дина, захотело взять этот процесс в свои руки. «Чтобы поддерживать современную физику, нам нужно построить собственное пространство под наблюдением опытного человека, который может предоставить инструменты и рекомендации, которые помогут нам реализовать совершенно новые идеи», — сказал Дин. «Лаборатория дизайна сыграет решающую роль в будущем физики в Колумбийском университете».

Сегодня Pupin Hall, комната 1111 — это пространство для совместной работы, где пользователи собираются вместе, чтобы обсудить идеи друг с другом и с Уилсоном, чтобы выяснить, как лучше всего реализовать их на различных доступных машинах.

Машинное оборудование варьируется от новейшего, включая три 3D-принтера и недавно установленный лазерный резак, до устаревших, таких как массивные металлургические заводы и сверлильные станки. Самым старым оборудованием является ленточная пила, выпущенная в 1950-х годах, а фаворитами Уилсона являются токарные станки 1960-х годов, которые по прошествии многих лет до сих пор прекрасно работают. «Кроме того, они окрашены в действительно красивый синий цвет Колумбии. Я не знаю, кто это сделал и когда, но это добавляет приятную нотку», - сказала она.

Карусель — это вращающийся набор изображений. Используйте кнопки «Предыдущая» и «Далее», чтобы изменить отображаемый слайд.

Слайд 1: Старое помещение продолжает приносить пользу.

Слайд 2: Современные 3D-принтеры предлагают пользователям возможности аддитивного производства.

Слайд 3: Лазерный резак — еще один современный вариант создания компьютерных конструкций.

Старое помещение продолжает приносить пользу.

Современные 3D-принтеры предлагают пользователям возможности аддитивного производства.

Лазерный резак — еще один современный вариант создания компьютерных конструкций.

Новые машины добавляют возможности для так называемого аддитивного производства, которое может иметь более низкий входной барьер и более поддается компьютерному проектированию, чем классические детали для обработки железа, отметил Дин. Например, его лаборатория недавно использовала 3D-принтер для создания специальных кронштейнов для загрузки и выгрузки образцов квантового материала в инструменты для измерений; этот процесс занял всего несколько недель, тогда как на классической машине обучение и обработка могли занять месяцы.

Независимо от выбора машины — каждая из них имеет свои преимущества и недостатки — цех на месте обеспечивает итерацию, гибкость и совместную работу, чего не дает отправка проектов поставщику. «Мы можем прийти к Кларе с проблемой, придумать, как ее решить, а затем начать строить и перестраивать, пока не получим именно то, что нам нужно», — сказал Дин.