DIY no Columbia Physics Design Lab

Dec 25, 2023

Uma antiga oficina mecânica em Pupin Hall tem uma nova vida como espaço criador para os cientistas imaginarem o futuro da física.

Pupin Hall tem uma história histórica na Universidade de Columbia. Construído em 1927, o prédio foi o lar de cientistas que foram pioneiros na física atômica e nuclear, perscrutaram as profundezas do universo e lideraram o caminho para a primeira revolução quântica.

Hoje essa tradição continua, mas experimentos de ponta precisam de peças de ponta... muitas vezes ainda a serem inventadas. No Columbia Physics Design Laboratory, professores e alunos de pós-graduação agora têm um espaço DIY para imaginar o futuro e construir as peças para chegar lá.

Essas peças incluíram coisas como suportes de mesa giratória para estudar as propriedades quânticas de folhas com espessura de átomo, flanges para câmaras de vácuo ultrafrias destinadas a abrigar materiais quânticos para imagens e manipulações e componentes para novas configurações de laser. "Geralmente são muitas peças muito pequenas para sistemas muito complexos e muito legais", disse Clara Wilson, engenheira de equipe que ingressou na Columbia no ano passado vinda da JILA para ajudar a reinventar o espaço.

Durante grande parte do século 20, os cientistas tiveram que construir quase tudo para seus próprios experimentos, explicou o físico Cory Dean, de Columbia, então máquinas universitárias, marcenaria e até oficinas elétricas eram a norma. Mas com o tempo, fornecedores comerciais começaram a aparecer para fornecer partes e peças especializadas, e o apoio da universidade tornou-se menos comum.

Pupin Hall mantinha uma loja onde um maquinista ainda fazia peças sob encomenda, mas uma nova geração de físicos em Columbia — incluindo Dean — queria assumir o processo por conta própria. “Para apoiar a física moderna, precisamos de um espaço no local para construir, supervisionado por um indivíduo qualificado que possa fornecer as ferramentas e orientações para nos ajudar a realizar ideias totalmente novas”, disse Dean. "O Design Lab desempenhará um papel crítico no futuro da física em Columbia."

Hoje, Pupin Hall, Room 1111 é um makerspace colaborativo onde os usuários se reúnem para debater ideias uns com os outros e com Wilson para explorar a melhor forma de implementá-los nas diferentes máquinas disponíveis.

O maquinário varia de ponta, incluindo um trio de impressoras 3D e um cortador a laser recém-instalado, até antigas esperas como enormes moinhos de ferro e furadeiras. O equipamento mais antigo é uma serra de fita da década de 1950, enquanto os favoritos de Wilson são os tornos da década de 1960 que ainda funcionam perfeitamente depois de tantos anos. "Além disso, eles são pintados de um lindo azul Columbia. Não sei quem fez isso ou quando, mas dá um toque legal", disse ela.

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Slide 1: Um espaço antigo continua sendo útil.

Slide 2: As impressoras 3D modernas oferecem aos usuários possibilidades de manufatura aditiva.

Slide 3: Um cortador a laser é outra opção moderna para criar projetos auxiliados por computador.

Um espaço antigo continua a ser útil.

As impressoras 3D modernas oferecem aos usuários possibilidades de manufatura aditiva.

Um cortador a laser é outra opção moderna para criar projetos auxiliados por computador.

As máquinas mais novas adicionam recursos para a chamada manufatura aditiva, que pode ter uma barreira menor à entrada e é mais receptiva ao projeto auxiliado por computador do que as peças clássicas de ferro, observou Dean. Por exemplo, seu laboratório recentemente usou uma impressora 3D para construir suportes especiais para carregar e descarregar amostras de material quântico em seus instrumentos para medições; esse processo levava apenas algumas semanas, enquanto com uma máquina clássica o treinamento e a usinagem envolvidos poderiam levar meses.

Independentemente da escolha da máquina – cada uma vem com vantagens e desvantagens – a loja no local permite iteração, flexibilidade e colaboração de uma forma que o envio de projetos para um fornecedor não permite. "Podemos chegar a Clara com um problema, trabalhar em como resolvê-lo e, em seguida, começar a construir e reconstruir até que tenhamos exatamente o que precisamos", disse Dean.