2022-01-17Sala limpia como aula
MIT |Las clases de pregrado brindan una introducción práctica a la nanotecnología y la nanoingeniería en MIT.nano.Los estudiantes universitarios del MIT están utilizando los laboratorios de MIT.nano para experimentar en la nanoescala, explorando la espectrometría, la síntesis de nanomateriales, la energía fotovoltaica, la fabricación de sensores y otros temas. También están teniendo una experiencia que no es común a nivel de pregrado: vestirse con un traje de conejito y realizar una investigación práctica dentro de una sala limpia.
Durante el semestre de otoño de 2021, estos estudiantes formaron parte de 6.S059 (Nanotecnología — Diseño de átomos a todo) y 6.A06 (¡Primero.nano! - Fabricación de su propia célula solar en MIT.nano Cleanroom), dos clases ofrecidas por el El Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS) tenía como objetivo introducir a los estudiantes universitarios a la nanociencia a través del aprendizaje centrado en el diseño utilizando procesos de fabricación y conjuntos de herramientas relevantes.
“Clases como estas pueden ser experiencias transformadoras para nuestros estudiantes”, dice el director de MIT.nano, Vladimir Bulović, presidente de Fariborz Maseeh (1990) en tecnología emergente. “Difunden el mensaje de que la nanociencia está al alcance de la mano. No es un concepto abstracto lejano, sino accesible aquí y ahora. Estamos encantados de ver a los profesores del MIT inspirar y dar forma a los futuros líderes de la ciencia y la tecnología mostrándoles lo que pueden dominar dentro de MIT.nano”.
6.S059 Nanotecnología: Diseño desde los átomos hasta el todo. Imagen: MIT.nano
Uso de herramientas sencillas para fomentar una amplia exploración
La clase 6.S059 se desarrolló para unir los fundamentos del diseño de ingeniería con la construcción real de tecnologías integradas funcionales, algo que normalmente se separa en varias clases y semestres
Durante nueve semanas, 18 estudiantes de cinco departamentos académicos diferentes aprendieron varias técnicas de creación de prototipos a nanoescala en MIT.nano, incluido el recubrimiento por rotación, la litografía sin máscara, la impresión 3D, la síntesis coloidal, la pulverización catódica, la evaporación y la microscopía óptica. Al centrarse en una variedad de herramientas sencillas, los estudiantes podían hacer gran parte del trabajo sin necesidad de una formación extensa y especializada. En lugar de ver a los asistentes de enseñanza manejar el equipo, estos estudiantes universitarios podrían hacer la investigación ellos mismos y, en el proceso, enfocarse en cómo funciona la ciencia, en lugar de cómo operar una configuración complicada.
"Queríamos enseñar la ciencia de lo que se necesita para diseñar nanodispositivos y sistemas de una manera interactiva y práctica", dice el co-instructor Farnaz Niroui, profesor asistente de desarrollo profesional de EE Landsman (1958) de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación en MIT. “A menudo, estos cursos introductorios adoptan un fuerte enfoque matemático/teórico, lo que puede dificultar mantener el interés de los estudiantes. Decidimos enseñarlo a través de un enfoque aplicado: hacer que los estudiantes diseñen y construyan, mientras aprenden los fundamentos en el camino”.
En lugar de dar instrucciones sobre cómo hacer cada paso en los laboratorios semanales, Niroui y el co-instructor Rajeev Ram, profesor de ingeniería eléctrica, enseñaron el resultado final (como usar la luz para observar cosas que no se pueden ver a simple vista) y luego dejar que los estudiantes experimentan ensamblando el conjunto de herramientas necesario para llegar allí (como diseñar y construir sus propios microscopios y espectrómetros portátiles). El proyecto de cada semana se basó en el anterior. Por ejemplo, los estudiantes primero diseñaron sus propios espectrómetros, luego fabricaron la rejilla óptica y una caja impresa en 3D para ensamblar la herramienta. Esto condujo a una introducción práctica al diseño CAD, la fotolitografía y la impresión 3D,seguido de jugar con diferentes fuentes de luz y probar sus dispositivos en aplicaciones del mundo real midiendo la clorofila en una hoja y la emisión de puntos cuánticos.
Para su proyecto final, los estudiantes se dividieron en equipos para diseñar y construir sus propios dispositivos funcionales. Cada proyecto tenía que usar materiales y técnicas cubiertas en la clase y tener al menos una característica de menos de 100 nanómetros. Los seis equipos finalmente tuvieron éxito y superaron los desafíos para crear sensores estirables utilizando nanocables de plata, pantallas pixeladas de siete segmentos para aplicaciones portátiles, una matriz de diodos emisores de luz orgánica programable, microestructuras que atrapan la luz para células solares de película delgada, luz ajustable en color. -diodo emisor, e impresión de tinta fluorescente sobre sustratos flexibles.
"Ver a los estudiantes diseñar y construir sus propios dispositivos después de solo unas pocas semanas de instrucción fue emocionante e impresionante", dice Ram. “Mostró que la introducción práctica a conceptos avanzados en física realmente puede proporcionar a los estudiantes universitarios un conocimiento práctico y útil sobre la nanotecnología”.
Este fue el primer año de la clase de nanotecnología centrada en el diseño. Niroui y Ram esperan ampliarlo en los próximos semestres, ampliando la oferta a más estudiantes universitarios.
“Muchos de los estudiantes han dicho que están emocionados de explorar más en el mundo de la ciencia aplicada y la ingeniería de hardware”, dice la asistente de enseñanza Mayuran Saravanapavanantham, candidata a doctorado en EECS. "Uno incluso dijo que buscaron en las listas de cursos del MIT cualquier cosa con el término nano". Saravanapavanantham fue uno de los tres TA para 6.S059, junto con Roberto Brenes y Peter Satterthwaite, todos estudiantes de doctorado de EECS.
Un vistazo temprano al nanomundo
"First.nano!", un seminario de asesoramiento para estudiantes de primer año, tenía objetivos similares: mostrar a los estudiantes universitarios lo que es posible en la nanoescala a través de experiencias prácticas en salas limpias. Durante tres horas cada semana, los estudiantes del MIT en 6.A06 exploraron el MIT las instalaciones de .nano, experimentando con conjuntos de herramientas de nanotecnología y construyendo celdas solares de silicio bajo la dirección de los co-instructores Jesús del Álamo, el Profesor de Ingeniería Donner, y Jorg Scholvin, el subdirector de servicios al usuario de MIT.nano.
“¿Cómo logramos que los estudiantes de primer año se interesen en la nanofabricación?” pregunta Jorg Scholvin. “Llévelos a la sala limpia y déjelos aprender haciendo cosas en el laboratorio”. Definitivamente, la estrategia despertó interés: más de 30 estudiantes universitarios nuevos postularon para ocupar uno de los ocho espacios ofrecidos en el seminario.
Los estudiantes normalmente no ingresan a la sala limpia durante sus estudios universitarios, dice Scholvin. Al presentarles la nanofabricación en su primer semestre, Del Alamo y Scholvin esperan acelerar su camino hacia los campos relacionados con la nanotecnología. Y, con la experiencia de trabajar en un entorno libre de partículas, dice Scholvin, estos estudiantes ahora están preparados para oportunidades futuras, como realizar investigaciones a nanoescala con profesores a través del Programa de Oportunidades de Investigación de Pregrado.
“¡Uno de los objetivos de First.nano! fue compartir nuestra pasión por la nanofabricación”, dice del Alamo. “MIT.nano es una instalación extraordinaria. Al crear oportunidades para que estos estudiantes trabajen y estudien aquí, esperamos abrirlo para un uso amplio para la investigación y la educación de pregrado”.
Los estudiantes universitarios de 6.S059 y 6.A06 están invitados a presentar su trabajo en la Conferencia Anual de Investigación de Microsistemas (MARC), copatrocinada por MIT.nano y Microsystems Technology Laboratories en enero. El evento, que reúne a más de 200 estudiantes, profesores y socios de la industria para celebrar los avances científicos en nanotecnología, tradicionalmente presenta presentaciones de estudiantes de posgrado.
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