هیجان‌انگیزترین آزمایشگاه‌های دانشگاهی در جهان / گزارش تصویری

هیجان‌انگیزترین آزمایشگاه‌های دانشگاهی در جهان / گزارش تصویری خیلی‌ها فکر می‌کنند فعالیت‌های دانشگاهی به حضور در کلاس‌های خسته‌کننده درسی و حل معادلات ریاضی پیچیده روی صفحات کاغذ خلاصه می‌شود، این درحالی است که بخش مهمی از آموزش در آزمایشگاه انجام می‌گیرد.
مجید جویا: خیلی‌ها فکر می‌کنند فعالیت‌های دانشگاهی به حضور در کلاس‌های خسته‌کننده درسی و حل معادلات ریاضی پیچیده روی صفحات کاغذ خلاصه می‌شود، اما مجله پاپ‌ساینس در بازدیدی از بزرگ‌ترین دانشگاه‌های جهان، گزارشی از هیجان‌انگیزترین آزمایشگاه‌‌های آن‌ها فراهم کرده که شور و شوق در گوشه و کنار آن موج می‌زند.
آزمایشگاه معدن دانشگاه علوم و فناوری میسوری
حرفه: انهدام صنعتی
هدف آموزش: منفجر کردن

دانشجویان در این آزمایشگاه یاد می‌گیرند که چگونه ساختمان‌ها را منفجر کنند، انفجارهای نمایشی را طراحی کنند، قطعات صافی را از دیواره‌های سنگی با انفجار جدا کنند، در کنسرت‌های موسیقی آتش‌بازی به راه بیاندازند و در فیلم‌های سینمایی، کارهای جلوه‌های ویژه آتش‌بازی و انفجار را انجام دهند. همان گونه که ممکن است انتظار داشته باشید، فرایند نظارتی این دوره تنه به تنه آژانس اطلاعاتی آمریکا، سیا خواهد زد. داوطلبان این دوره باید با بررسی گسترده‌ای از سوابق خود برای گزینش موافقت کنند، و غیر شهروندان نیز باید خود را به اداره الکل، تنباکو و سلاح گرم معرفی کنند.
دانشگاه علوم و فناوری میسوری، همچنین یک مدرک فوق‌لیسانس در مهندسی انفجار ارائه می‌کند که اولین برنامه رسمی از این نوع در ایالات متحده است. این دوره فوق‌لیسانس از خرج مقعر (بارگذاری مواد منفجره) و بمب‌های کوچک دقیق که می‌توانند یک فلز را مانند چاقو ببرند و یا سوراخی در آن ایجاد کنند گرفته تا مواردی مانند کاهش اثرات انفجار برای نظامی‌ها و تغییرات لرزشی در صخره‌ها برای معدن‌کاوی بهتر را شامل می‌شود.
مرکز ملی تحلیل تصادف، دانشگاه جرج واشینگتن
حرفه: مهندسی ایمنی
هدف آموزش: کوباندن یک خودروی سواری با سرعت 100 کیلومتر در ساعت به مانعی در کنار جاده

در مرکز ملی تحلیل تصادف (NCAC)، هر دانشجوی دوره فوق‌لیسانس ایمنی حمل‌و‌نقل، یک خودرو داده می شود و علاوه بر آن، آموزش‌های لازم برای نابودی خودرو و تبدیل کردنش به چند تکه پیچ و مهره و شیشه در اختیارش قرار می گیرد. دانشجو سپس خودرو را در یک برنامه کامپیوتری از نو بازسازی می‌کند تا بتواند دوباره و چندباره، خودرو را به طور مجازی به مانع بکوبد.
آزمایشگاه با شرکت‌های خودروساز و وزارت حمل‌ونقل همکاری می‌کند تا استانداردهای ایمنی را برای خودروها و تجهیزات کنار جاده‌ای مانند تیرهای چراغ برق، موانع و تابلوهای راهنمایی تدوین کند. دانشجویان دوره کنونی مشغول کار بر روی یک مشکل جدید در آزادراه‌ها هستند: تعداد زیاد خودروهای شاسی‌بلند (اس‌یو‌وی)، مینی‌ون‌ها و دیگر کامیونت‌های کوچک. دانشجویان در تلاشند که دریابند آیا اشیایی مانند موانع آزادراه را باید برای مواجهه با اندازه این خودروها که احتمالا در آینده به آن‌ها برخورد می‌کنند، تغییر داد یا نه.
مرکز پژوهش‌های پیشرانه دانشگاه آلاباما
حرفه: دانشمند موشک
هدف آموزش: ساخت چیزهایی که بتوانند خیلی سریع و خیلی دور بروند

هر سال، 20 مهندس مکانیک و هوافضا یک دوره 8 ماهه را می‌گذرانند تا یک موشک را طراحی کنند، بسازند و به پرواز درآورند تا به ارتفاع 5280 پا (1610 متر) برسد. این‌ها جزو موشک‌های تفریحی نیستند که معمولا کمتر از هزار پا (330متر) اوج می‌گیرند. مارلو موسر، استاد این دوره می‌گوید: «یک دستگاه موتور A قدرتی به اندازه نصف یک موتور B دارد و به همین ترتیب، برای کلاس‌های بالاتر هم همین گونه است. موشک‌هایی که در پارک‌ها به آسمان می‌فرستید، موتورهای کلاس A و B دارند. اما موشک‌های دوره ما از موتور کلاس L بهره می‌برند که چهارهزار بار قوی‌ترند».
شرکت کنندگان دوره قبل یک موشک 17 کیلوگرمی به طول 2.6 متر را با پرتابه فیبر کربنی ساختند که سیستم‌های پیشرفته گردآوری اطلاعات بر روی آن نصب شده بود. کلاهک موشک حاوی یک دوربین ویدیویی و سیستم‌های هواسنجی بود تا مسیر پروازی موشک و داده‌های دیگر را ضبط کند؛ در قسمت عقبی موشک نیز حسگرهای دما و تنش قرار داشتند. دانشجویان با این موشک نه‌تنها در رقابت پرتاب موشک که با پشتیبانی ناسا برگزار می‌شود، شرکت کردند، که درست مانند شرکتی که خواهان حضور در مناقصه و فروش موشک خود به ناسا باشد، گزارشی را به مهندسین و دانشمندان ناسا ارائه کردند. به رغم این‌که این ارائه تنها یک تمرین دانشگاهی بود، بسیاری از فارغ‌التحصیلان دوره اکنون در ناسا مشغول به کار شده‌اند و محل کارشان نیز در مرکز سفرهای فضایی مارشال ناسا است که در نزدیکی دانشگاه آلاباما قرار دارد. موزر می‌گوید: «اینجا دانشجویان در تمام روز با آتش و مواد منفجره بازی می‌کنند».
آزمایشگاه بارتون دانشگاه کنتاکی شمالی
حرفه: زمین‌شناس
هدف آموزش: بررسی شرایط زندگی مریخی بر روی زمین

اگر می‌خواهید یکی از شش دانشجوی خوش‌شانسی باشید که از فهرست انتظار بیرون می‌آیند و وارد دوره هیزل بارتون می‌شوند، بهتر است که از فضاهای تنگ، بلندی، تاریکی، خفاش‌ها و کثیف شدن خوشتان بیاید. همه این دردسرها برای رسیدن به باکتری‌ها است. بر خلاف فوق‌لیسانس‌های میکروب‌شناسی در دیگر دانشگاه‌ها که در تمام طول روز تنها با میکروسکوپ‌ها و ظروف کشت میکروب سر و کار دارند؛ دانشجویان بارتون برای بررسی میکروب‌های سخت‌زی به سراغ جاهایی می‌روند که در آن زندگی می‌کنند: غارها.
اکثر دانشجویان بارتون به غارهای نزدیک محل زندگی خود می‌روند، آلودگی آب‌های زیرزمینی را اندازه می‌گیرند و ارتباط بین میکروب‌ها و شکل غارها را بررسی می‌کنند. ولی برخی دیگر، یا کمک ناسا، بارتون را در اکتشاف طولانی‌ترین غار کوارتزیت کشف شده بر روی زمین همراهی می‌کنند، یک هزارتوی نادر به طول 16 کیلومتر از سنگ ماسه صورتی و کهربایی که در فلات رورایمای ونزوئلا واقع است. در اینجا میکروب‌هایی یافت می‌شوند که به باور پژوهشگران می‌توانند به درک حیات احتمالی بر روی مریخ کمک کند. بیشتر غارها از سنگ آهک تشکیل شده‌اند که یک سنگ کربناتی است. ولی سنگ‌های تشکل دهنده رورایما بیشتر از جنس سیلیکات است که بر روی مریخ یافت می‌شود. اعضای گروه، میکروب‌های نیتروژن‌‌خوار دفع کننده آمونیاک و دیگر موجودات غریب ساکن در این غارها را جمع آوری و به آزمایشگاه منتقل می‌کنند. در آن‌جا دانشجویان رفتار باکتری را در شرایط مختلف مشاهده و داده‌هایی را جمع‌آوری می‌کنند که می‌توانند به ناسا در جستجو برای حیات میان‌سیاره‌ای کمک کنند.
آزمایشگاه سیستم‌های فضایی دانشگاه مریلند
حرفه: طراحی لباس های فضایی
هدف آموزش: آزمایش لوازم جدید فضانوردان در جاذبه صفر

دانشجویان لباس‌های فضایی بر تن می‌کنند و به داخل یک مخزن شناوری خنثی می‌پرند تا آزمایش‌های جاذبه کم و یا صفر را بر روی نسل بعدی ابزار فضانوردی و همچنین روبات‌های فضایی و یا اعماق دریا انجام دهند. استخر 1389 متر مکعبی مریلند که 17 متر طول دارد، یکی از دو استخر موجود از نوع خود در ایالات متحده و تنها مورد در دانشگاه‌ها است. (استخر دیگر متعلق به ناسا است). دانشجویان این آزمایشگاه در کنار دیگر دانشمندان به کار بر روی لوازم ایستگاه فضایی بین‌المللی و کاوشگرهای کاسینی و ماژلان پرداخته‌اند.
آزمایشگاه موتور و تبدیل انرژی دانشگاه ایالتی کلرادو
حرفه: مهندسی مکانیک
هدف آموزش: پرقدرت‌تر و پاک‌تر کردن یک موتور عظیم 2300 اسب بخاری

این گفته را از ساچین یوشی، دانشجوی فوق‌دکتری دانشگاه ایالتی کلرادو بپذیرید که تاوقتی داخل یک ماشین نرفته باشید، نمی‌توانید بگویید که آن‌را واقعا دیده‌اید. در آزمایشگاه موتور و تبدیل انرژی، دانشجویان موتورهای صنعتی را که ارتفاعی به اندازه یک ساختمان دو طبقه دارند، بهینه می‌کنند. یکی از بزرگ‌ترین آنها یک موتور دو زمانه درون‌سوز 440 اسب بخاری است که معمولا برای فشرده کردن گازهای طبیعی و فرستادن آنها به داخل لوله‌های زیرزمینی استفاده می‌شود. در 17 سال طول عمر این آزمایشگاه، فناوری‌هایی که تنها برای این نوع خاص از موتور در این آزمایشگاه خلق شده‌اند (شامل یک سیستم تزریق سوخت که هم‌اکنون در همه جا استفاده می‌شود) انتشار اکسید نیتروژن را به اندازه‌ای کاهش داده‌اند که معادل حذف 120 میلیون خودروی نوین از بزرگراه‌ها است.
یوشی و دانشجویانش اکنون بر روی یک ژنراتور 17 تنی کاترپیلار با خوراک گاز طبیعی کار می‌کنند که می‌تواند نیروی برق را برای 1200 واحد مسکونی تولید کند. صنایع می‌خواهند که ماشین‌هایی با قدرت حداکثر 1.8 مگاوات را در مراکز شهرها وارد شبکه قدرت کنند (تا بخشی از انرژی را که در غیر این صورت در خطوط انتقال تلف می‌شد، کاهش دهند)، در نتیجه لازم است که این ژنراتورها پاک باشند. کاترپیلار یکی از این ژنراتورها را به آزمایشگاه اهدا کرده و اعضای گروه تاکنون یک سیستم احتراق خلق کرده‌اند که در آن لیزر از بین کابل‌های فیبر نوری به سوی پلاگ‌های جرقه نوری فرستاده می‌شود. این شیوه سوخت را با کارایی بیشتری به نسبت سیستم‌های احتراق معمولی مشتعل می‌کند و در عین حال اکسید نیتروژن کمتری منتشر می‌کند.
مرکز پژوهش‌های علوم و مهندسی باد دانشگاه صنعتی تگزاس:
حرفه: دانشمند هواشناس
هدف آموزش: پرتاب قطعات به سوی دیواره برای اندازه گیری خسارات طوفان

دانشجویان آزمایشگاه آزمون برخورد ذرات مرکز پژوهش‌های علوم و مهندسی باد، علاوه بر پرتاب موشک‌ها و دیگر پرتابه‌ها، خود را در میان طوفان‌ها و گردبادهای واقعی قرار می‌دهند. پیش از طوفان کاترینا، دانشجویان دانشگاه صنعتی تگزاس در محل حاضر بودند و یک مرکز پژوهشی متحرک را به راه انداختند تا ده‌ها اندازه‌گیری و آزمایش را ترتیب دهند که شامل اندازه‌گیری سرعت باد و شدت چشم طوفان نیز می‌شد. ابزارهای آن‌ها، تنها ابزارهایی از نوع خود بودند که از طوفان جان سالم به در بردند و اکنون نیز این مرکز این افتخار را دارد که تنها گزارش کامل از شدت چشم طوفان کاترینا در لحظه ورود به خشکی را در اختیار دارد.
بر مبنای آزمون‌های آزمایشگاهی و رفتن به مناطق مصیبت‌زده در خلال طوفان‌های عظیم و پس از آن، این مرکز مسئول اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر مقیاس‌های امروزی برای اندازه‌گیری قدرت طوفان‌ها است که مقیاس اف بهینه شده نامیده می‌شود. این امر، بازتابنده این یافته است که خساراتی که بادهای کم سرعت‌تر به بار می‌آورند، خیلی بیشتر از آن چیزی است که پیش از این تصور می‌شد. هنگامی که دانشجویان با خرابی‌ها مشغول نیستند، در حال بررسی این هستند که چگونه می‌توان نیروی باد را کارآمدتر کرد یا خانه‌هایی ساخت که در مقابل کاترینای بعدی بهتر مقاومت کنند.
ابتکار طراحی بازی در دانشگاه کرنل
حرفه: طراحی بازی‌های ویدیویی
هدف آموزش: خلق یک بازی جدید

در ابتدای دوره دانشکده‌های برتر امریکا برای عرضه مدرک در طراحی بازی، دانشجویان این دوره‌ها، کلاس‌هایی مانند «بنیان‌های هوش مصنوعی» و یا «متحرک‌سازی کامپیوتری» را می‌گذرانند. اما پروژه نهایی چیست؟ این‌که بازی خودشان را بسازند. نرم‌افزار طراحی بازی این دانشکده، کد نویسی را به حداقل می‌رساند. هر کلاس یک نمایشگاه ویدیو برگزار می‌کند که برای کل دانشگاه آزاد است و فارغ‌التحصیلان این دوره نیز در صنعت به کار بر روی بازی‌های بسیار پرفروشی مانند سیمز می‌پردازند.
آزمایشگاه داوسون دانشگاه کالیفرنیا- مرسد
حرفه: زیست‌شناس دریایی
هدف آموزش: غواصی با ستاره‌های دریایی

برنامه درسی دانشحویان تحصیلات تکمیلی و فوق‌دکتری آزمایشگاه داوسون در سال جاری، چیزی شبیه به یک تعطیلات بهاره تمدیدشده است که در آن، کارهایی مانند شیرجه و غواصی با اسکوبا، غواصی با لوله و ماسک و قایق‌رانی سریع در خلیج مکزیک، خط ساحلی کالیفرنیا و کشور جزیره‌ای پالائو انجام می‌شوند. ولی کاری که آنها انجام می‌دهند، خیلی سطح بالاتر از چیزی است که به نظر می‌رسد. آن‌ها در تلاش برای تشریح چیزی هستند که مایکل داوسون، زیست‌شناس تکاملی که نام آزمایشگاه نیز از او وام گرفته شده، آن را «انرژی مرموز اقیانوس‌ها» می‌نامد. داوسون و دانشجویانش امیدوارند تا یکی از معمایی‌ترین چشم‌انداز‌های اقیانوس‌ها را حل کنند، این‌که انرژی اقیانوس از کجا تامین می‌شود. آمیختگی اقیانوسی فرایندی است که به موجب آن، تلاطم‌ها و جریان‌های آبی گرما را بازتوزیع می‌کنند و نیتروژن، کربن و دیگر عناصر ضروری را از بخشی از دریا به دیگر بخش‌ها منتقل می‌کنند. ولی با توجه به محاسباتی که دانشمندان در این زمینه انجام داده‌اند و با در نظر گرفتن سطح آمیختگی آب اقیانوس‌ها، اقیانوس باید انرژی مورد نیاز خود را از یک منبع ناشناخته تامین کند.
یکی از کاندیداهای احتمالی ستاره دریایی است. حتی جانداران کوچک هم وقتی در دسته‌های بزرگ حرکت کنند، تاثیر بزرگی بر حرکت آب می‌گذارند. دریاچه ستاره‌های دریایی پالائو، دریایی به وسعت 4050 متر مربع که تقریبا در هزار سال پیش از این از اقیانوس جدا افتاد و اکنون خانه میلیون‌ها ستاره دریایی طلایی است، آزمایشگاهی کامل برای آزمودن این نظریه است. اگر مجموع توربولانس تولید شده در اثر حرکت حیوانات در اینجا به اندازه کافی اثر آمیختگی داشته باشد؛ در آن صورت می‌توان در مقیاس اقیانوسی نیز این اثر را در خور توجه دانست. سال گذشته، اعضای گروه داوسون و همکارانشان از دانشگاه صنعتی کالیفرنیا، با حمایت مالی بنیاد ملی علوم، اولین کسانی شدند که ارتباط بین توربولانس گله‌های ستاره دریایی و انرژی اقیانوسی را مطرح کردند. دانشجویان به مدت چندین ماه، شش تا ده ساعت در روز را در داخل آب و به شنا در کنار ستاره‌های دریایی و اندازه‌گیری سرعت جریان‌های گردابی کوچکی پرداختند که آنها در طول دو بار سفر روزانه خود به دور دریاچه ایجاد می‌کردند. این یکی از معدود جاهایی در جهان است که در آن، پژوهشگران می‌توانند تا این اندازه به ستاره‌های دریایی نزدیک شوند.
موسسه روباتیک دانشگاه کارنگی ملون
حرفه: طراحی روبات
هدف آموزش: ساخت خودروهای اس-یو-‌وی خودکار

کارنگی ملون یکی از معابد روباتیک است. 29 سال است که در آن، روبات ساخته می‌شود و اولین دانشگاهی است که در آن دکترای روباتیک اهدا شد. اکنون این دانشگاه یک مدرک فرعی به دانشجویان می‌دهد، کسانی که با استفاده از روبات‌های کوچک، سعی دارند تا خودروهای اس‌یو‌وی بدون راننده برای چالش شهری دارپا بسازند، مسابقه‌ای که در سال گذشته دانشگاه کارنگی ملون در آن حائز رتبه اول شد.
دوره پژوهش میدانی آمازون پرو نیوکالج فلوریدا

حرفه: زیست‌شناس جنگل‌های بارانی
هدف آموزش: جستجوی جانوران نادر بر فراز درختان 50 متری

به گفته برایسون وویرین، زیست‌شناسی که به تازگی فارغ‌التحصیل شده، تماشای خوابیدن یک خرس تنبل به نظر خسته‌کننده می‌آید، ولی انجام این کار در حالی که 20 طبقه بالای سطح زمین در یک جنگل بارانی معلق هستید، «زندگی شما را عوض خواهد کرد!». بیشتر از نیمی از گونه‌های جانوری خشکی‌زی ساکن زمین بر فراز درختان زندگی می‌کنند، و خیلی از این جانوران هرگز به سطح زمین نمی‌آیند.
متاسفانه، اکثر دانشمندان هرگز زمین را ترک نمی‌کنند، این گفته مگ لاومن، زیست‌شناس و پیشگام درخت‌نوردی (!) است که شرح می‌دهد چرا آنها کمتر از 2 درصد از پوشش جنگل‌ها را مستند کرده‌اند. دانشجویان نیوکالج، سال اول ورود به کالج را با صعود از درختان نیمه‌حاره‌ای ساراسوتا شروع می‌کنند و می‌آموزند که پیمایش‌های پراکندگی زیستی یا ردیابی رادیویی جانوران را هدایت کنند. وویرین که در هنگام دانشجویی خرس‌های تنبل را بر فراز درختان رهگیری می‌کرد، اکنون این کار را در پاناما و برای موسسه پرنده‌شناسی ماکس‌پلانک انجام می‌دهد و داده‌هایی را که می‌توانند به حل معماهای خواب انسان کمک کنند، گردآوری می‌کند.
آزمایشگاه اسباب‌بازی انستیتو فناوری ماساچوست، ام‌آی‌تی
حرفه: طراحی اسباب‌بازی
هدف آموزش: ساخت اسباب‌بازی‌ها و آزمایش آنها بر روی کودکان واقعی

شما هم فکر می‌کنید که دوره دانشگاه سراسر تفریح و بازی است؟ خوب در عمل هم همین‌طور است؛ البته اگر شما جزو 90 دانشجوی خوش‌شانس ام‌آی‌تی در محبوب‌ترین برنامه انتخابی دانشجویان سال اولی باشید. هر بهار، به 15 گروه شش نفره از دانشجویان یک ایده و 750 دلار برای طراحی و ساخت یک نمونه از یک اسباب‌بازی یا بازی داده می‌شود. اختراعات گذشته شامل یک اسکیت‌بورد تک چرخ و یک بازی آینده‌نگرانه علامت‌گذاری می‌شوند.
دانشجویان که یک فروشگاه از نمونه‌ها در اختیارشان قرار دارد، می‌توانند تقریبا هر چیزی را بسازند. اما در پایان روز، بازی آزمایشی به معنی موفقیت خواهد بود. در طول ترم، گروه‌ها و نمونه‌های اسباب‌بازی‌هایشان در معرض دید کودکان بازدیدکننده قرار می‌گیرد که بازخورد آنها بیشتر از هر نمره‌ای ارزش خواهد داشت. مایکل اسنیولی که تجربیاتش در این کلاس، او را به یک دوره تابستانی در هاسبرو (یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان اسباب‌بازی در امریکا) کشاند، می‌گوید: «چیزی که آموختم، این است که هیچ‌گاه نمی‌توانید پیش بینی کنید که کودکان با اسباب‌بازی شما چه خواهند کرد!»