В фокусе: Вустерский политехнический институт — наследие инноваций и исследований

Вустерский политехнический институт (WPI) был основан в 1865 году и является третьим по старейшинству частным технологическим университетом нации. Расположенный в Вустере, штат Массачусетс, WPI способствует исследованиям в областях от тканевой инженерии и регенеративной медицины до изучения технологических и политических вопросов кибербезопасности, до изучения таких разнообразных проблем, как здоровье и безопасность пожарных и проблемы пожарной безопасности зеленых зданий.

WPI разработал пять перекрестных исследовательских направлений:

Здравоохранение и биотехнологии — исследования WPI в здравоохранении и биотехнологиях пересекают множество дисциплин и охватывают фокусные области, такие как клеточная биология, регенеративная бионаука, механика тканей и механиобиология, биофизика, лечение болезней и поведение животных.

Робототехника и Интернет вещей — роботизированные технологии включают медицинскую робототехнику, мягкую робототехнику, взаимодействие человек-робот и беспилотные летательные аппараты. Роботизированные системы, доступные исследователям, включают WARNER (WPI's Atlas Robot for Nonconventional Emergency Response) — 6-футовый гуманоидный робот Atlas от Boston Dynamics, который был заявкой WPI в DARPA Robotics Challenge для робототехнического реагирования на катастрофы.

С более чем четвертью миллиарда транспортных средств на американских дорогах, исследователи WPI находят способы сделать эти поездки безопаснее и транспортные средства дешевле и экологичнее. Кибер-физические системы облегчают взаимодействие людей с инженерными системами благодаря сложным и передовым технологическим приложениям.

Передовые материалы и производство — междисциплинарные исследования WPI в материалооведении и инженерии мотивированы признанием того, что будущее будет зависеть от разработки новых материалов (включая природо-вдохновленные), инновационного использования традиционных материалов и восстановления и повторного использования материалов. Широкие исследовательские усилия затрагивают вопросы устойчивости в генерации энергии и альтернативной энергии (топливные элементы, сетевое хранение, генерация энергии подводными своими), производстве (бережливое производство, устойчивые цепочки поставок, передовая промышленная сушка) и мобильности (производство жидких транспортных топлив из лигноцеллюлозной биомассы).

Кибер, данные и безопасность — обозначенный как Центр совершенства в исследованиях кибербезопасности Агентством национальной безопасности и Департаментом внутренней безопасности, WPI занимается исследованиями кибербезопасности в широком спектре дисциплин, адресуя множество угроз безопасности. Исследователи WPI фокусируются на улучшении инструментов и техник интеллектуального анализа данных и разработке новых методов использования больших данных для принятия данных-ориентированных предсказаний и решений. В инженерии пожарной защиты исследователи применяют передовые экспериментальные и вычислительные техники для решения широкого круга проблем пожарной безопасности.

Науки об обучении — исследователи WPI в науках об обучении разрабатывают образовательные технологии, объединяющие вычислительную методологию с теоретическими рамками в науках об обучении и социальных науках для изучения таких тем, как инструкционные технологии, обучение с визуализацией и симуляцией, характеристики обучающихся, человеко-компьютерное взаимодействие и машинное обучение.

Школа инженерии

Состоящая из 14 фокусированных департаментов, Школа инженерии WPI охватывает широкий спектр технологических областей.

Аэрокосмическая инженерия охватывает науку и технологии, создающие, развивающие и улучшающие самолеты и космические аппараты. Используя оборудование и сооружения, включая аэродинамические трубы, вакуумные камеры и приборостроение, технические области включают жидкости и плазмы, двигатели и энергию, управление и динамику, структуры и материалы.

WPI's Биомедицинская инженерия работает над достижениями, такими как ранящие швы, инженерия сосудов, мониторинг жизненных показателей пожарных, и ортезы для стабилизации суставов.

В Химической инженерии исследователи решают реальные проблемы в областях вроде защиты окружающей среды, возобновляемой энергии и наук о жизни через разработку новых технологий, процессов и материалов.

Гражданская и экологическая инженерия затрагивает темы, такие как устойчивость, сохранение природных ресурсов, дизайн, строительство, архитектура и энергия. Технические области включают инженерию покрытий и материалы шоссе, анализ и дизайн структурных систем и умных структур, строительство и интеграцию дизайн-строительства, физико-химическую обработку, энергию и устойчивость, водные ресурсы и устойчивый дизайн зданий.

Исследования в Электротехнике и компьютерной инженерии включают машинное обучение, криптографию и информационную безопасность, обработку сигналов, автономные транспортные средства, умное здоровье, управление протезами, аналоговую и цифровую микроэлектронику и беспроводные информационные сети. Инновации WPI включают изобретение усилителя с отрицательной обратной связью и заложение основ первых беспроводных локальных сетей.

Дома для одной из трех программ инженерии пожарной защиты в США, работа WPI по Инженерии пожарной защиты информирует и формирует регуляторную политику, дизайн зданий, производственные процессы, операции первичных реагировщиков и стандарты производительности продуктов. Исследования проводятся в материалах, горении и защите от взрыва, зданиях и пожарных системах, безопасности и политике пожарных, человеческом поведении и эвакуации, дизайне и регулировании, и влиянии пожара на здания, инфраструктуру и окружающую среду.

Промышленная инженерия служит мостом между инженерией и менеджментом для анализа и адаптации процессов или создания новых. Будь то производственная процедура или перепланировка физического пространства, промышленные инженеры определяют людей, материалы, технологии, информацию и энергию, необходимые для эффективного процесса.

Инженерия производства охватывает области как робототехника, производство и обработка материалов, системы управления, обработка, шлифовка, обучение CNC-обработке, инженерию материалов и поверхностную метрологию.

Область Инженерии материалов и процессов фокусируется на науке материалов, обработке материалов и бизнес-практиках. Производственные процессы вроде наноматериалов и биополимеров и темы вроде бережливого производства, литья и термической обработки, анализа затрат топливных элементов и поверхностной метрологии включены.

Материаловедение и инженерия материалов фокусируется на способах, которыми материалы создаются, используются и перерабатываются; на разработке и обработке новых материалов и продуктов; и на инновационном использовании традиционных материалов. Фундаментальное понимание материалов на нано-, микро- и макromaсштабах включает структуру, обработку, свойства, производительность, кинетику и термодинамику.

Сильные стороны в Механической инженерии включают тепловые науки, нанотехнологии и наноматериалы, биомеханику и медицинские устройства, аддитивное производство и печатную электронику, фотонику и оптимеханику, сенсоры и метрологию, обработку металлов, батареи и электрохимию, и солнечные батарейные материалы.

Исследования проводятся в Инженерии робототехники в областях таких как взаимодействие человек-робот и интерфейсы, планирование и управление движением робота, медицинские и ассистивные роботы, сенсоры/актуаторы и дизайн роботов, робототехника и ИИ, человеческое усиление, робототехническая манипуляция, мягкие роботы, автономные транспортные средства, встроенные системы для роботов и многороботные системы.

Системная инженерия — это холстический подход к дизайну, строительству и обслуживанию систем. Темы затрагивают как инженерные, так и управленческие аспекты и включают искусственный интеллект, моделирование систем, инженерию требований, архитектуру и дизайн системы, и валидацию и верификацию.

Технологии

Исследования волнового движения в WPI могут когда-нибудь создать бронежилет, который не только будет чувствовать скорость, угол приближения и размер влетающей пули, но материал внутри жилета мгновенно изменит свойства, чтобы обеспечить большую ударную защиту в точной точке удара. Гранулярные материалы могут использоваться в личной защитной экипировке, такой как жилеты и шлемы, которые могут носить военные, полицейские и другие профессионалы, как спортсмены и строительные рабочие. Они также могут использоваться как защитное покрытие для зданий или даже для защиты Международной космической станции, спутников и космических аппаратов от повреждений космическим мусором и метеоритами.

Команда в WPI обнаружила, что экстракты из листьев растения Artemisia annua, лечебной травы, также известной как полынь сладкая, ингибируют репликацию вируса SARS-CoV-2 (вируса, ответственного за пандемию COVID-19) и двух его недавних вариантов. Один или несколько соединений в растении могут указывать на безопасное, низкозатратное терапевтическое лечение для SARS-CoV-2.

Инженеры разработали приложение для смартфона, которое может помочь проводить контактный слежку, необходимую для сдерживания распространения COVID-19, не рискуя конфиденциальностью или личной безопасностью пользователей. Были разработаны два средства сбора данных отслеживания. С первым приложение отслеживало бы местоположение пользователя и шифровало любые хранимые информацию. Затем оно отправляло бы зашифрованные данные, минуя любую личную идентифицируемую информацию, на сервер, используемый департаментом общественного здоровья. Другой подход загружал бы информацию только от тех, кто тестируется положительно на COVID-19. Эта информация делалась бы публичной без идентификации зараженных лиц, так что любой мог бы зайти онлайн и проверить, был ли он в близком контакте с кем-то, кто тестировался положительно.

Критический диагностический инструмент, разрабатываемый в WPI — роботизированная ультразвуковая машина для обнаружения симптомов болезни в легких — значительное развитие, которое позволит медицинским работникам минимизировать их воздействие вирусу при проведении оценок пациентов с COVID-19. Платформа практически исключает физический контакт между пациентами и медицинскими работниками во время сканирования, минимизируя риск распространения, при этом позволяя сбор жизненно важных данных.

WPI создал возобновляемое топливо из осадков сточных вод, побочного продукта очистки сточных вод, который создает парниковые газы и загрязнение воды при сбросе на свалки. Он использует гидротермические процессы, высокие температуры и давление, и недорогие катализаторы для превращения осадков сточных вод — и содержащейся в них энергии и углерода — в природный газ. Кроме того, нитраты и фосфаты, извлеченные в новом процессе, могут использоваться в сельском хозяйстве.

Частичный протез руки был создан, позволяющий прикреплять пальцы к частичной руке человека для замены части функциональности пальцев. Наручный ремешок содержит актуатор для движения большого пальца и маленький соленоид, фиксирующий его на месте. Встроенные сенсоры позволяют человеку давить крошечным оставшимся кусочком пальца, что заставляет протез большого пальца двигаться вперед и назад.

Математик WPI помогает Армии США создать химический сенсор размером с ноготь, который можно носить на верхней одежде для более быстрого обнаружения опасных химикатов и снижения частоты ложных срабатываний. Носимый сенсор построен для имитации человеческого носа. Каждый сенсор обнаруживает комбинации множественных молекул — один может обнаруживать дизельные пары и конкретный химический агент, в то время как другой — дизельные пары и влажность. Результаты комбинируются для более полной и точной оценки химикатов в окружающей среде.

Сенсор размером с БАНД-АЙД® был разработан для измерения уровня кислорода в крови ребенка, жизненно важного показателя эффективности легких и того, получают ли ткани ребенка адекватное кислородное снабжение. В отличие от текущих систем в больницах, это миниатюрное носимое устройство будет гибким и эластичным, беспроводным, недорогим и мобильным, возможно позволяя ребенку покинуть больницу и быть мониторенным удаленно.

Автономный ровер и дрон сбрасывающий полезную нагрузку были разработаны для совместной работы по поиску и взрыву мин. Ровер обнаруживает и отмечает мины с помощью недорогого металлоискателя, который может чувствовать всего 1 грамм металла на глубине 2–3 дюйма под землей. Дрон затем сбрасывает полезные нагрузки маленьких мешков с песком на мины для их безопасного взрыва.

Инженеры WPI создали технику 3D-печати, которую можно использовать для ремонта транспортных средств и другой критической технологии в полевых условиях, избегая иногда длительного ожидания новых запчастей и повышая готовность военных единиц. Она использует технику холодного распыления, которая может использоваться для ремонта металлических деталей или даже изготовления новых деталей с нуля путем наращивания металла слой за слоем в процессе 3D-печати. Процесс может быть сокращен до переносного ручного аппликатора для использования в поле.

Чтобы сделать космические аппараты NASA легче и более устойчивыми к повреждениям, WPI разработал методы обнаружения несовершенств в углеродных наноматериалах, используемых для изготовления композитных ракетных топливных баков и других космических конструкций. Алгоритм значительно повышает разрешение систем сканирования плотности, используемых для обнаружения дефектов в Miralon® — прочном, легком, гибком наноматериале. Miralon использовался для обмотки структурных опор в зонде NASA Juno, вращающемся вокруг Юпитера, для помощи в демпфировании вибрации и статического разряда.

Передача технологий

Офис технологической коммерциализации (OTC) идентифицирует, оценивает,ценит, защищает, классифицирует, маркетирует и лицензирует интеллектуальные активы, разработанные в WPI. Чтобы узнать о доступных технологиях, посетите .

Для лицензирования изобретения WPI свяжитесь с Тоддом С. Кейллером, директором по интеллектуальной собственности и инновациям, по адресу This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.; 508-831-4907.