En kraftnörd som gör saker

Snygg, knäpp, entusiastisk. Det finns många sätt att beskriva maskinteknikprofessorn Alexander Slocums personliga stil. Och han omfamnar dem alla. Som lärare och forskare använder han vad han kallar sitt flipperspelsliknande fokus och sin passion för maskinteknik för att inspirera elever och ta sig an några av de största utmaningarna inom energi, medicin och finteknik. Jag skulle nog klassas som ADHD++ eftersom mitt sinne rör sig så snabbt mellan så många olika saker, säger han. Men jag har också disciplinen att fokusera i timmar när rätt idé motiverar det.

Professor Slocum visar president Obama en grov prototyp av ett system för att lagra vindenergi i djuphavsvatten 2009.

Slocum är en självskriven gizmolog och en älskare av alla möjliga maskiner, från gigantiska vindturbintorn till utrustning som odlar kolnanorör. Med sin färgglada garderob är han en igenkännbar figur runt campus, och han deltar aktivt i studentlivet och lagar ofta pastamiddagar för förstaårsstudenter i Experimental Study Group. Som professor exemplifierar han MIT:s motto om sinne och hand , eller sinne och hand, genom att lära eleverna att kombinera intellektuell undersökning med praktisk teknik och design.

Det är dock hans forskning inom förnybar energi som nyligen har fått mest uppmärksamhet utanför MIT. I våras var Slocum medförfattare till ett papper i IEEE:s förfarande beskriver ett energilagringssystem i nyttoskala baserat på stora undervattensbetongsfärer och flytande vindkraftverk. När Barack Obama besökte MIT 2009 för att hålla ett tal om energi, demonstrerade Slocum, i en av sina hawaiianska skjortor, konceptet för presidenten med hjälp av en leksaksvindturbin och stora burkar fyllda med sand och vatten. Sedan dess har arbetet avancerat till en punkt där Slocum och kollegor har haft diskussioner med en stor ingenjörs- och byggfirma om hur det kan vara möjligt att tillverka de massiva strukturerna. Slocum uppskattar att det skulle ta fem till tio år att kommersialisera idén, som han kallar Ocean Renewable Energy System.

Använder en laserinterferometer cirka 1987.

Flytande vindkraftverk skulle förtöjas med kablar till ett nätverk av 20 000 ton sfärer med en diameter på 25 till 30 meter, eller ungefär lika stor som kupolen vid MIT. För att lagra överskottsenergi som inte skickas till nätet, skulle turbinerna driva pumpar för att evakuera vatten från sfärerna. När ström behövdes strömmade vatten in i sfärerna, vilket fick pumparna att köra omvänt och fungera som generatorer.

Att utveckla billiga sätt att lagra stora mängder energi på elnätet skulle göra det möjligt för vindkraftsparker och solenergianläggningar, som normalt är intermittenta källor, att leverera kraft på begäran som fossila bränslen och kärnkraftverk gör nu. Slocums design är en twist på konventionell pumpad vattenkraft, för närvarande den mest kostnadseffektiva och utbredda lagringsmetoden. Pumpad vattenkraftsteknik skickar vatten uppför till en reservoar och släpper ut det för att generera kraft under högtrafik. Istället för att förlita sig på gravitationen genom att lagra vattnet i en sjö på bergstoppen, utnyttjar Slocums koncept vattentrycket på hundratals meters havsdjup för att driva elgeneratorn. Betongsfärerna som håller vattnet tjänar också till att förankra turbinerna.

Om det fungerar kan effekten bli dramatisk. Vinden över djupa vatten representerar en massiv men i stort sett outnyttjad resurs. Slocums tidning uppskattar att 1 000 turbiner, placerade utom synhåll cirka 30 till 50 kilometer till havs med förankringssfärer 600 meter under ytan, skulle kunna leverera lika mycket kraft som ett kärnkraftverk. Dagens pumpade vattenkraftsystem levererar vanligtvis hundratals megawatt kraft under sex till tio timmar. Även om det skulle vara dyrare att installera turbiner på djupt vatten än att placera dem nära stranden, uppskattar Slocum och hans kollegor att Ocean Renewable Energy System kan vara priskonkurrenskraftigt med pumpad vattenkraft – och en storskalig utbyggnad med 1 000 turbiner kan lagra upp till fem gigawatt effekt så länge som 12 timmar. Forskarna har redan byggt ett prototypsystem med ett 30 fot högt torn och färdiga pumpar och andra komponenter.

Lagring är ett av de tuffaste problemen inom energi, vilket är anledningen till att det har lockat tusentals forskare och entreprenörer. Även om det fortfarande är ett forskningsprojekt, är Ocean Renewable Energy System imponerande genomtänkt, säger Haresh Kamath, programledare för energilagring vid Electric Power Research Institute (EPRI). Med det här konceptet är det mer en ingenjörsutmaning snarare än en material- eller grundvetenskaplig utmaning, säger han.

Projektet visar upp Slocums affinitet för symbiotisk design, eller att lösa flera problem samtidigt. Förutom att ge energilagring och fungera som ankare skulle sfärerna vara gjorda av betong som kan innehålla betydande mängder flygaska, en restprodukt från kolkraftverk. Systemet skulle också kunna gynna lokala ekosystem genom att uppmuntra tillväxten av bottenlevande liv. Och i ett tal till japanska topptjänstemän hävdade Slocum att en djuphavsvindkraftspark nära det slutna kärnkraftverket Fukushima kan ge nya jobb för lokala fiskare, som inte längre kan fiska där på grund av strålning. De kan hjälpa till att installera systemen, utföra underhåll och övervaka påverkan på ekosystemet.

Professor Slocum avslutade 2012 års Ironman U.S. Championship på 13 timmar, 7 minuter och 41 sekunder.

I en separat forskningssatsning ledde Slocum designen av ett system där värmen från solkoncentratorer lagras i stora pooler av flytande salt. Ett antal storskaliga koncentrerade solkraftverk använder redan smält salt; den lagrar solens värme och omvandlar genom en värmeväxlare vatten till ånga för att generera elektricitet i en konventionell ångturbin. I dessa system värms saltet upp när det cirkulerar genom rör, men Slocum föreslår en annan metod. Med utgångspunkt i forskning från 1970-talet skulle hans teknik stråla solljus direkt in i en stor volym smält salt, vilket eliminerar nätverket av rör och pumpar som tenderar att vara de svaga punkterna i traditionella koncentrerade solenergisystem.

Slocums vind- och sollagringssystem står inför enorma hinder innan de kan gå längre än design- och småskaliga prototypfasen. På den mest grundläggande nivån testas fortfarande de flytande turbinerna som Ocean Renewable Energy System kräver för att fånga vind över djupa vatten och har ännu inte kommersialiserats. Och det är notoriskt svårt att modellera ekonomin för energilagring utan verkliga demonstrationssystem, vilket kan vara svårt att finansiera, säger EPRIs Kamath.

Slocum är inte skrämmande. Visst finns det massor av saker att ta reda på, säger han, men stora utmaningar som att åka till månen kräver år av uthållighet och parallellt tänkande, eller att arbeta med många problem samtidigt. De flytande vindkraftverken är till exempel redan under utveckling av andra; flertimmars lagring av undervattensenergi kan hjälpa till att påskynda deras antagande. När man har två problem på en gång som är beroende av varandra, katalyserar de varandra, säger han. Jag antar att du ofta får en bättre lösning för båda genom att tänka på dem som ett system.

Den betoningen på systemtänkande, som spänner över allt från produktdesign till tillverkning, följer med Slocum in i klassrummet också. I hans klass Precision Machine Design, 2.75, kommer läkare in och presenterar specifika utmaningar för studentteam. Studenterna designar och tillverkar sedan en proof-of-concept-maskin som inte bara löser en läkares specifika problem utan också kan tillverkas ekonomiskt. När du tänker på tillverkning och driftsättning [när du designar], slutar du med att du uppfinner fler saker som går tillbaka till början, och det slutar med att du uppfinner en bättre maskin, säger Slocum. Sedan han satte medicintekniska produkter till fokus på 2,75 2004, har klassen hjälpt till att generera många referentgranskade artiklar, ett dussintal patentansökningar och några spin-off-företag, som t.ex. Vila enheter , en Boston-startup som gör skjortor med inbyggda sensorer för att övervaka sömnen.

Klassen är anmärkningsvärd eftersom den kombinerar föreläsningar om teori med praktiskt arbete med att skapa prototyper, säger Tohru Yagi, en besökande Fulbright-forskare från Tokyo Institute of Technology i Japan, som har tillbringat det senaste året i Slocums Precision Engineering Research Group ( PERG ) labb. Det han gör är väldigt analytiskt och även systematiskt, och det kan appliceras på vilken bransch som helst, inte bara inom ingenjörsbranschen, säger han. Slocum har faktiskt lång erfarenhet av industrin och har varit involverad i spin-off-företag, senast startupen Keystone Tower Systems, som utvecklat ett sätt att tillverka vindkraftstorn till lägre kostnad genom att använda mindre stål.

Slocum, bär en Utilikilt och mäter hängslen, hissar Greg Tao '10, som precis vunnit 2.007 robottävlingen, 2008.

Slocum själv är en livslång pysslare, snickare och möbelmakare. Han gick med i MIT Hobby Shop, institutets trä- och metallverkstad, som student 1978 och är nu ordförande för dess tillsynskommitté. Han är inte rädd för att bli smutsig med praktiskt arbete själv. Postdoktor Nevan Clancy Hanumara, SM '06, PhD '12, som är medlärare i 2,75-klassen, säger att han en gång stötte på Slocum på ett hotell i Chicago där Hanumara deltog i en konferens och hittade professorn i stan för ett industribesök, täckt med fett. På frågan om vad som hände sa Slocum att jag måste ha klättrat in i en maskin.

Slocums entusiasm för sitt arbete tenderar att smitta av sig på eleverna i hans labb. Han försöker motivera dem genom att tända deras egna passioner och ge dem äganderätt till deras projekt. Så länge dina intressen har någon form av relevans, någon praktisk tillämpning, är han allt för det, säger doktoranden och Slocum-labbetsmedlem Nikolai Begg '09, SM '11, en medicintekniker som vann Lemelson-MIT Collegiate Student Prize det här året. Det är fantastiskt att kunna ägna sig åt det man vill göra och studera. Han har ingen stor personlig agenda. Slocum utsågs till årets professor i Massachusetts år 2000, en av ett antal utmärkelser han har fått.

En sak som gör Slocum till en särskilt effektiv professor är att han blandar sin entusiasm för ingenjörskonst med humor. När han undervisade i den långvariga design- och tillverkningsklassen 2.007 fick eleverna en dos av hans lekfulla stil första dagen. När han plockade fram material tillgängligt för att göra den terminens projekt, visade han den relativa styrkan hos föremål med sin kropp: han böjde metallskaft över halsen, pressade metallplåtar över bålen och levererade falska karatekotletter på träskivor med ett högt skrik . Under den sista tävlingen mellan studenttillverkade robotar gjorde han den livliga play-by-play-kommentaren som om han kallade en brottningsmatch och ropade rader som This is where physics meets the carpet! När han firade vinnarna av vad han kallar detta nördiga evenemang, har Slocum varit känt för att lyfta upp elever med en gigantisk björnkram eller hissa dem på hans axlar för ett segervarv. Och oavsett om han håller hov i en föreläsningssal eller pratar en mot en, peppar fåniga one-liners hans tal. (Ett exempel, om farorna med linjärt tänkande: Medan vi är upptagna med att analysera vår middagsjacka, inser vi inte att våra byxor brinner.) På frågan hur gammal han är säger Slocum: För ung för att oroa sig för det.

Men hans expertis i allvarliga frågor är erkänd på högsta nivå. När den federala regeringen kämpade för att stoppa oljeutsläppet Deepwater Horizon 2010 i Mexikanska golfen, var Slocum, som arbetade med oljeborrning till havs under forskarskolan, bland energisekreteraren Steven Chus utvalda grupp av vetenskapliga rådgivare . Han spelade en viktig roll i svaret genom att utveckla en fix när de hydrauliska ledningarna som gör det möjligt för ingenjörer att styra fjärrstyrda undervattensfordon skars av. Förra året bjöds han in till Japan, där han gav råd till tjänstemän om hur energin från kärnkraftverken slutade efter Fukushima kunde ersättas genom att avleda en del av landets biltillverkningskapacitet för att utveckla havsvind.

I Slocums Ocean Renewable Energy System är en flytande turbin förankrad i djupt vatten av massiva betongsfärer som också fungerar som energilagringsenheter.

Slocum är känd för att packa in en enorm mängd aktivitet – inklusive triathlonträning – i sina dagar. Ändå tog han nyligen på sig ett annat ansvar, vid Vita husets kontor för vetenskap och teknologipolitik. Som biträdande direktör för avancerad tillverkning kommer han att vara vad han kallar en nörd i hemmet, med uppgift att hjälpa till att lansera ett antal avancerade tillverkningscenter. Positionen passar bra med hans design för tillverkningsfilosofi.

I PERG-labbet betonar Slocum ett multidisciplinärt tillvägagångssätt och praktisk praktisk. Under designgranskningar får forskare feedback från ingenjörer inom helt andra områden än deras egna, såsom kirurgiska instrument, läkemedelstillverkning, oljeutvinning och cancerupptäckt. För att få ett bättre grepp om hur industrin fungerar har han tagit med sig labbmedlemmar på rundturer i många olika företag, inklusive flygproduktionsanläggningar.

Som labbchef främjar Slocum en kollegial atmosfär genom att bjuda in forskare till sin 300 hektar stora gård i New Hampshire, där han odlar frukt och föder upp får, alpackor och kycklingar. Under dessa sociala utflykter ser han till att alla har ett jobb, oavsett om det är att samla ved till elden eller åka med på kalkonjakt. Det är som en ögonblicksbild av hans liv – alla jobbar och har roligt med sin egen roll, säger PERG-alumnen Daniel Codd, PhD '11, som nu försöker säkra finansiering för att kommersialisera energilagringssystemet för smältsalt som han arbetade på med Slocum som en student. Han är bra på att få människor runt sig att samlas kring något större.

Greg Tao ’10, som vann robottävlingen 2.007 2008, beundrar Slocums förmåga att utmärka sig inte bara i så många intellektuella sysselsättningar utan också som idrottare. Du kan göra mycket mer än att bara vara en bra akademiker – han förkroppsligar verkligen det, säger han.

För Slocum själv fungerar det tydligen att dela upp uppmärksamheten mellan många intressen: det finns dussintals patent utfärdade eller under behandling med hans namn på dem. Han kunde lätt hoppa från den akademiska världen till att arbeta som chefsforskare på en teknikstartup eller annan kommersiell satsning. Men det verkar osannolikt att hända. Hans band till institutet är djupa: han har tillbringat nästan hela sitt vuxna liv på MIT, och hans tre barn - alla söner - har skrivit in sig som studenter (två har redan tagit examen och en är där nu). Ännu viktigare, hans roll tillåter honom att fullfölja sina passioner inom maskinkonstruktion. Vart tredje år försöker jag som fan ta mig härifrån, säger han. Men jag kommer tillbaka för att det är så roligt.

Dölj