Un Power Geek haciendo cosas

Extravagante, estrafalario, entusiasta. Hay muchas formas de describir el estilo personal del profesor de ingeniería mecánica Alexander Slocum. Y los abraza a todos. Como profesor e investigador, usa lo que él llama su enfoque similar al pinball y su pasión por la ingeniería mecánica para inspirar a los estudiantes y abordar algunos de los mayores desafíos en energía, medicina e ingeniería de precisión. Probablemente sería clasificado como TDAH ++ porque mi mente se mueve muy rápido entre tantas cosas diferentes, dice. Pero también tengo la disciplina para concentrarme durante horas cuando la idea correcta lo justifica.

El profesor Slocum le mostró al presidente Obama un prototipo aproximado de un sistema para almacenar energía eólica en aguas profundas del océano en 2009.

Slocum es un gizmólogo que se describe a sí mismo y un amante de todo tipo de máquinas, desde gigantes torres de turbinas eólicas hasta equipos que producen nanotubos de carbono. Con su vestuario colorido, es una figura reconocible en el campus y participa activamente en la vida estudiantil, a menudo cocinando cenas de pasta para estudiantes de primer año en el Grupo de Estudio Experimental. Como profesor, ejemplifica el lema del MIT de mente y mano , o mente y mano, enseñando a los estudiantes a combinar la investigación intelectual con la ingeniería y el diseño prácticos.

Sin embargo, es su investigación en energía renovable la que ha recibido más atención recientemente fuera del MIT. Esta primavera, Slocum fue coautor de un artículo en Actas del IEEE que describe un sistema de almacenamiento de energía a escala de servicios públicos basado en grandes esferas de hormigón submarinas y turbinas de viento flotantes. Cuando Barack Obama visitó el MIT en 2009 para pronunciar un discurso sobre energía, Slocum, con una de sus camisetas hawaianas de marca registrada, le mostró el concepto al presidente utilizando una turbina de viento de juguete y grandes frascos llenos de arena y agua. Desde entonces, el trabajo ha avanzado hasta el punto en que Slocum y sus colegas han tenido conversaciones con una gran empresa de ingeniería y construcción sobre cómo sería posible fabricar las estructuras masivas. Slocum estima que se necesitarían de cinco a diez años para comercializar la idea, que él llama Ocean Renewable Energy System.

Usando un interferómetro láser alrededor de 1987.

Las turbinas eólicas flotantes se amarrarían con cables a una red de esferas de 20.000 toneladas de 25 a 30 metros de diámetro, o aproximadamente del tamaño de la cúpula del MIT. Para almacenar el exceso de energía que no se envía a la red, las turbinas operarían bombas para evacuar el agua de las esferas. Cuando se necesita energía, el agua fluye hacia las esferas, lo que hace que las bombas funcionen en reversa y actúen como generadores.

El desarrollo de formas económicas de almacenar grandes cantidades de energía en la red eléctrica permitiría que los parques eólicos y las instalaciones solares, que normalmente son fuentes intermitentes, entreguen energía a demanda como lo hacen ahora las plantas nucleares y de combustibles fósiles. El diseño de Slocum es un giro en la energía hidroeléctrica de bombeo convencional, actualmente el método de almacenamiento más rentable y extendido. La tecnología de energía hidroeléctrica bombeada envía agua cuesta arriba a un depósito y la libera para generar energía durante las horas pico. En lugar de depender de la gravedad almacenando el agua en un lago en la cima de una montaña, el concepto de Slocum aprovecha la presión del agua a cientos de metros de profundidad del océano para alimentar el generador de electricidad. Las esferas de hormigón que retienen el agua también sirven para anclar las turbinas.

Si funciona, el impacto podría ser dramático. El viento sobre aguas profundas representa un recurso enorme pero en gran parte sin explotar. El artículo de Slocum estima que 1.000 turbinas, colocadas fuera de la vista a unos 30 o 50 kilómetros de la costa con esferas de anclaje a 600 metros por debajo de la superficie, podrían suministrar tanta energía como una planta nuclear. Los sistemas de energía hidroeléctrica por bombeo de hoy en día generalmente entregan cientos de megavatios de energía durante seis a 10 horas. Aunque desplegar turbinas en aguas profundas sería más caro que colocarlas cerca de la costa, Slocum y sus colegas estiman que el Sistema de Energía Renovable Oceánica podría tener un precio competitivo con la energía hidroeléctrica de bombeo, y un despliegue a gran escala con 1000 turbinas podría almacenar hasta cinco gigavatios de potencia hasta por 12 horas. Los investigadores ya han construido un sistema prototipo con una torre de 30 pies de altura y bombas listas para usar y otros componentes.

El almacenamiento es uno de los problemas energéticos más difíciles, por lo que ha atraído a miles de científicos y emprendedores. Aunque todavía es un proyecto de investigación, el Ocean Renewable Energy System está impresionantemente bien pensado, dice Haresh Kamath, director del programa de almacenamiento de energía en el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI). Con este concepto, es más un desafío de ingeniería que un desafío de materiales o ciencia fundamental, dice.

El proyecto muestra la afinidad de Slocum por el diseño simbiótico o por la resolución de múltiples problemas a la vez. Además de proporcionar almacenamiento de energía y actuar como anclajes, las esferas estarían hechas de hormigón que puede contener cantidades significativas de cenizas volantes, un producto de desecho de las centrales eléctricas de carbón. El sistema también podría beneficiar a los ecosistemas locales al fomentar el crecimiento de la vida que habita en el fondo. Y en un discurso ante los principales funcionarios japoneses, Slocum argumentó que un parque eólico en aguas profundas cerca de la planta de energía nuclear cerrada de Fukushima podría proporcionar nuevos puestos de trabajo para los pescadores locales, que ya no pueden pescar allí debido a la radiación. Podrían ayudar a instalar los sistemas, realizar el mantenimiento y monitorear el impacto en el ecosistema.

El profesor Slocum terminó el Campeonato Ironman de Estados Unidos de 2012 en 13 horas, 7 minutos y 41 segundos.

En un esfuerzo de investigación separado, Slocum dirigió el diseño de un sistema en el que el calor de los concentradores solares se almacena en grandes piscinas de sal líquida. Varias plantas solares concentradas a gran escala ya utilizan sal fundida; almacena el calor del sol y, a través de un intercambiador de calor, convierte el agua en vapor para generar electricidad en una turbina de vapor convencional. En estos sistemas, la sal se calienta a medida que circula por los tubos, pero Slocum propone un método diferente. Basándose en la investigación de la década de 1970, su tecnología emitiría luz solar directamente en un gran volumen de sal fundida, eliminando la red de tuberías y bombas que tienden a ser los puntos débiles en los sistemas tradicionales de energía solar concentrada.

Los sistemas de almacenamiento eólico y solar de Slocum enfrentan enormes obstáculos antes de que puedan ir más allá de la fase de diseño y prototipo a pequeña escala. En el nivel más básico, las turbinas flotantes que requiere el Sistema de Energía Renovable Oceánica para capturar el viento en aguas profundas aún se están probando y aún no se han comercializado. Y es notoriamente difícil modelar la economía del almacenamiento de energía sin sistemas de demostración del mundo real, que pueden ser difíciles de financiar, dice Kamath de EPRI.

Slocum no se intimida. Por supuesto, hay muchas cosas que resolver, dice, pero los grandes desafíos como ir a la luna requieren años de perseverancia y pensamiento paralelo, o trabajar en muchos problemas simultáneamente. Los aerogeneradores flotantes, por ejemplo, ya están siendo desarrollados por otros; El almacenamiento de energía bajo el agua durante varias horas podría ayudar a acelerar su adopción. Cuando tienes dos problemas a la vez que dependen el uno del otro, se catalizan mutuamente, dice. Supongo que a menudo terminas con una mejor solución para ambos al pensar en ellos como un sistema.

Ese énfasis en el pensamiento sistémico, que abarca todo, desde el diseño de productos hasta la fabricación, también acompaña a Slocum al aula. En su clase de Diseño de máquinas de precisión, 2.75, los médicos entran y presentan desafíos específicos a los equipos de estudiantes. Luego, los estudiantes diseñan y fabrican una máquina de prueba de concepto que no solo resuelve el problema específico de un médico, sino que también se puede fabricar de manera económica. Cuando piensas en la fabricación y la implementación [mientras diseñas], terminas inventando más cosas que se remontan al principio y terminas inventando una máquina mejor, dice Slocum. Desde que hizo de los dispositivos médicos el foco de 2.75 en 2004, la clase ha ayudado a generar muchos artículos revisados ​​por pares, alrededor de una docena de solicitudes de patentes y algunas empresas derivadas, como Dispositivos de descanso , una startup de Boston que fabrica camisetas con sensores integrados para controlar el sueño.

La clase es notable porque combina conferencias sobre teoría con trabajo práctico para hacer prototipos, dice Tohru Yagi, un académico visitante Fulbright del Instituto de Tecnología de Tokio en Japón, que pasó el último año en el Grupo de Investigación de Ingeniería de Precisión de Slocum ( PERG ) laboratorio. Lo que hace es muy analítico y también sistemático, y se puede aplicar a cualquier industria, no solo a la ingeniería, dice. De hecho, Slocum tiene una amplia experiencia en la industria y ha estado involucrado en empresas derivadas, más recientemente la startup Keystone Tower Systems, que desarrolló una forma de fabricar torres de turbinas eólicas a menor costo utilizando menos acero.

Slocum, luciendo un Utilikilt y tirantes de medición, levantó a Greg Tao '10, que acababa de ganar la competencia de robots 2.007, en 2008.

El propio Slocum es un modificador, carpintero y fabricante de muebles de toda la vida. Se unió a MIT Hobby Shop, el taller de madera y metal del Instituto, como estudiante en 1978 y ahora preside su comité de supervisión. Él mismo no tiene miedo de ensuciarse con el trabajo práctico. El asociado posdoctoral Nevan Clancy Hanumara, SM '06, PhD '12, quien co-enseña la clase 2.75, dice que una vez se topó con Slocum en un hotel de Chicago donde Hanumara asistía a una conferencia y encontró al profesor, en la ciudad para una visita de la industria, cubierto de grasa. Cuando se le preguntó qué sucedió, Slocum dijo que debí haberme subido a una máquina.

El entusiasmo de Slocum por su trabajo tiende a contagiarse a los estudiantes de su laboratorio. Intenta motivarlos encendiendo sus propias pasiones y dándoles la propiedad de sus proyectos. Siempre que sus intereses tengan algún tipo de relevancia, alguna aplicación práctica, él está totalmente de acuerdo, dice el estudiante de doctorado y miembro del laboratorio Slocum Nikolai Begg '09, SM '11, un ingeniero de dispositivos médicos que ganó el premio Lemelson-MIT Collegiate Student Prize este año. Es fantástico poder dedicarse a lo que quiere hacer y estudiar. No tiene una gran agenda personal. Slocum fue nombrado profesor de Massachusetts del año en 2000, uno de varios premios que ha recibido.

Una cosa que hace de Slocum un profesor particularmente eficaz es que mezcla su entusiasmo por la ingeniería con el humor. Cuando enseñó la clase 2.007 de diseño y fabricación de larga duración, los estudiantes recibieron una dosis de su estilo lúdico el primer día. Mientras sacaba los materiales disponibles para hacer el proyecto de ese semestre, demostró la fuerza relativa de los objetos con su cuerpo: dobló ejes de metal sobre su cuello, presionó láminas de metal a lo largo de su torso y soltó golpes de kárate falsos sobre tablas de madera con un fuerte chillido. . Durante la competencia final entre robots hechos por estudiantes, hizo el animado comentario jugada por jugada como si estuviera convocando un combate de lucha libre, gritando líneas como ¡Aquí es donde la física se encuentra con la alfombra! Al celebrar a los ganadores de lo que él llama este evento geek-alicious, se sabe que Slocum levanta a los estudiantes con un abrazo de oso gigante o los carga sobre sus hombros para una vuelta de la victoria. Y ya sea que esté en la corte en una sala de conferencias o hablando uno a uno, las frases tontas salpican su discurso. (Un ejemplo, sobre los peligros del pensamiento lineal: mientras estamos ocupados analizando nuestro esmoquin, no nos damos cuenta de que nuestros pantalones están en llamas.) Cuando se le pregunta cuántos años tiene, Slocum bromea: Demasiado joven para preocuparse por eso.

Pero su experiencia en asuntos serios es reconocida al más alto nivel. Cuando el gobierno federal se apresuró a detener el derrame de petróleo de Deepwater Horizon de 2010 en el Golfo de México, Slocum, quien trabajó en la perforación petrolera en alta mar durante la escuela de posgrado, se encontraba entre el selecto grupo de representantes del Secretario de Energía Steven Chu. asesores científicos . Jugó un papel esencial en la respuesta al desarrollar una solución cuando se cortaron las líneas hidráulicas que permiten a los ingenieros controlar vehículos submarinos operados a distancia. El año pasado fue invitado a Japón, donde asesoró a los funcionarios sobre cómo la energía de las plantas nucleares cerradas después de Fukushima podría reemplazarse al desviar una parte de la capacidad de fabricación de automóviles del país para desarrollar energía eólica marina.

En el Ocean Renewable Energy System de Slocum, una turbina flotante está anclada en aguas profundas mediante enormes esferas de hormigón que también sirven como dispositivos de almacenamiento de energía.

Slocum es conocido por acumular una gran cantidad de actividad, incluido el entrenamiento de triatlón, en sus días. Sin embargo, recientemente asumió otra responsabilidad, en la Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca. Como subdirector de fabricación avanzada, será lo que él llama un geek residente, encargado de ayudar a poner en marcha una serie de centros de fabricación avanzada. El puesto encaja bien con su diseño para la filosofía de fabricación.

En el laboratorio PERG, Slocum enfatiza un enfoque multidisciplinario y la practicidad del mundo real. Durante las revisiones de diseño, los investigadores obtienen comentarios de ingenieros en campos completamente diferentes a los suyos, como instrumentos quirúrgicos, fabricación de medicamentos, extracción de aceite y detección de cáncer. Para comprender mejor cómo funciona la industria, ha llevado a los miembros del laboratorio a recorridos por muchas empresas diferentes, incluidas las instalaciones de producción aeroespacial.

Como director de laboratorio, Slocum fomenta un ambiente colegiado al invitar a los investigadores a su granja de 300 acres en New Hampshire, donde cultiva frutas y cría ovejas, alpacas y pollos. Durante estas salidas sociales, se asegura de que todos tengan un trabajo, ya sea recolectando leña para el fuego o yendo a cazar pavos. Es como una instantánea de su vida: todos trabajan y se divierten con su propio rol, dice el ex alumno de PERG Daniel Codd, PhD '11, quien ahora está tratando de obtener fondos para comercializar el sistema de almacenamiento de energía de sales fundidas en el que trabajó con Slocum como un estudiante. Es bueno para hacer que las personas que lo rodean se unan en torno a algo más grande.

Greg Tao ’10, quien ganó la competencia de robótica 2.007 en 2008, admira la capacidad de Slocum para sobresalir no solo en tantas actividades intelectuales sino también como atleta. Puedes hacer mucho más que ser un buen académico; él realmente encarna eso, dice.

Para el propio Slocum, dividir su atención entre muchos intereses aparentemente funciona: hay decenas de patentes emitidas o pendientes con su nombre en ellas. Fácilmente podría saltar de la academia para trabajar como científico jefe en una nueva empresa de tecnología u otra empresa comercial. Pero parece poco probable que eso suceda. Sus vínculos con el Instituto son profundos: ha pasado casi toda su vida adulta en el MIT y sus tres hijos, todos varones, se han matriculado como estudiantes (dos ya se han graduado y uno está allí ahora). Más importante aún, su función le permite perseguir sus pasiones en el diseño de ingeniería mecánica. Cada tres años, intento como el infierno salir de aquí, dice. Pero sigo volviendo porque es muy divertido.

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