Fai da te al Columbia Physics Design Lab

Dec 25, 2023

Una vecchia officina meccanica a Pupin Hall ha una nuova vita come spazio di produzione in cui gli scienziati possono immaginare il futuro della fisica.

Pupin Hall ha una storia leggendaria alla Columbia University. Costruito nel 1927, l'edificio ospitò scienziati pionieri della fisica atomica e nucleare, scrutarono le profondità dell'universo e aprirono la strada alla prima rivoluzione quantistica.

Oggi quella tradizione continua, ma gli esperimenti all’avanguardia necessitano di parti all’avanguardia… spesso ancora da inventare. Al Columbia Physics Design Laboratory, docenti e studenti laureati ora hanno uno spazio fai-da-te per immaginare il futuro e costruire le parti per arrivarci.

Queste parti includono oggetti come supporti per piattaforme girevoli per studiare le proprietà quantistiche di fogli sottili come un atomo, flange per camere a vuoto ultrafreddo destinate a ospitare materiali quantistici per imaging e manipolazioni e componenti per nuove configurazioni laser. "In genere si tratta di pezzi molto piccoli e di sistemi molto complessi e molto interessanti", ha affermato Clara Wilson, un'ingegnere dello staff entrata alla Columbia lo scorso anno dalla JILA per aiutare a reinventare lo spazio.

Per gran parte del XX secolo, gli scienziati hanno dovuto costruire da soli quasi tutto per i loro esperimenti, ha spiegato il fisico della Columbia Cory Dean, quindi le macchine universitarie, la lavorazione del legno e persino i negozi di elettricità erano la norma. Ma col passare del tempo, iniziarono ad apparire fornitori commerciali per fornire parti e pezzi specializzati, e il sostegno universitario divenne meno comune.

Pupin Hall gestiva un'officina in cui un macchinista produceva ancora parti su ordinazione, ma una nuova generazione di fisici alla Columbia, incluso Dean, voleva prendere in mano il processo. "Per supportare la fisica moderna abbiamo bisogno di uno spazio in loco per costruire, supervisionato da una persona qualificata che possa fornire gli strumenti e la guida per aiutarci a realizzare idee totalmente nuove", ha detto Dean. "Il Design Lab svolgerà un ruolo fondamentale nel futuro della fisica alla Columbia."

Oggi, Pupin Hall, Room 1111 è un makerspace collaborativo in cui gli utenti si riuniscono per scambiare idee tra loro e Wilson per esplorare il modo migliore per implementarle sulle diverse macchine disponibili.

I macchinari spaziano da quelli all'avanguardia, tra cui un trio di stampanti 3D e un laser cutter appena installato, a macchinari antichi come enormi mulini per ferro e trapani a colonna. L'attrezzatura più vecchia è una sega a nastro risalente agli anni '50, mentre i preferiti di Wilson sono i torni degli anni '60 che funzionano ancora perfettamente dopo tutti quegli anni. "Inoltre, sono dipinti di un bellissimo blu Columbia. Non so chi lo abbia fatto o quando, ma aggiunge un bel tocco", ha detto.

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Diapositiva 1: Un vecchio spazio continua ad essere utile.

Diapositiva 2: Le moderne stampanti 3D offrono agli utenti possibilità di produzione additiva.

Diapositiva 3: Un laser cutter è un'altra opzione moderna per creare progetti assistiti da computer.

Un vecchio spazio continua ad essere utile.

Le moderne stampanti 3D offrono agli utenti possibilità di produzione additiva.

Un laser cutter è un'altra opzione moderna per creare progetti assistiti da computer.

Le macchine più recenti aggiungono funzionalità per la cosiddetta produzione additiva, che può avere una barriera all’ingresso più bassa ed è più adattabile alla progettazione assistita da computer rispetto ai classici pezzi per la lavorazione del ferro, ha osservato Dean. Ad esempio, il suo laboratorio ha recentemente utilizzato una stampante 3D per costruire staffe speciali per caricare e scaricare campioni di materiali quantistici nei loro strumenti per le misurazioni; questo processo ha richiesto solo poche settimane, mentre con una macchina classica la formazione e la lavorazione avrebbero potuto richiedere mesi.

Indipendentemente dalla macchina scelta, ciascuna delle quali presenta vantaggi e svantaggi, il negozio in loco consente iterazione, flessibilità e collaborazione in un modo che la spedizione dei progetti a un fornitore non consente. "Possiamo venire da Clara con un problema, capire come risolverlo e poi iniziare a costruire e ricostruire finché non avremo esattamente ciò di cui abbiamo bisogno", ha detto Dean.