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生産は盛夏でした。8月に発効したチップスおよび科学法は、米国国内製造への巨額投資を意味する。この法案は、米国の半導体産業を大幅に拡大し、サプライチェーンを強化し、新たな技術的進歩を達成するための研究開発に投資することを目的としている。マサチューセッツ工科大学の機械工学教授で製造生産性研究所所長のジョン・ハート氏によると、チップ法は、近年メーカーの関心が顕著に高まっている最新の例にすぎないという。サプライチェーン、世界の地政学、持続可能な開発の関連性と重要性に対するパンデミックの影響」とハート氏は述べた。産業技術の革新。「製造業への注目が高まるにつれ、持続可能性を優先する必要があります。2020 年の温室効果ガス排出量の約 4 分の 1 は工業および製造業からのものです。工場や工場は地域の水供給を枯渇させ、大量の廃棄物を生み出す可能性があり、その中には有毒なものも含まれます。これらの問題を解決し、低炭素経済への移行を確実にするには、持続可能な生産技術とともに、新しい製品と工業プロセスを開発する必要があります。ハート氏は、機械エンジニアにはこの過渡期の役割において重要な役割があると考えています。「機械エンジニアは、次世代のハードウェア技術を必要とする重大な問題を解決する独自の能力と、そのソリューションを拡張する方法を知っています」と、MIT 機械工学科の教授で卒業生のハート氏は述べています。環境問題の解決策を提供し、より持続可能な未来への道を切り開きます。Gradun: Cleantech Water Solutions 製造業では大量の水が必要です。中規模の半導体製造工場では、1 日あたり 1,000 万ガロン以上の水を使用します。世界はますます干ばつに苦しんでいます。グラディアントは、この水問題への解決策を提供します。同社は、持続可能な水または「クリーンテクノロジー」プロジェクトの共同創設者であり、先駆者である Anurag Bajpayee SM '08 PhD '12 と Prakash Govindan PhD '12 が率いています。Bajpayee と Govindan は、ローズノバ・ケンダルにちなんで名付けられた伝熱研究所の大学院生として、実用主義と行動志向を共有しています。インドのチェンナイで深刻な干ばつが発生した際、ゴビンダン氏は博士号取得のために、自然の雨のサイクルを模倣した加湿・除湿技術を開発しました。彼らはこの技術をキャリアガス抽出 (CGE) と呼び、2013 年に 2 人は Gradient を設立しました。CGE は、流入する廃水の質と量の変動を考慮した独自のアルゴリズムです。このアルゴリズムは無次元数に基づいており、ゴビンダンはかつて、自分の上司に敬意を表してこの数をリンハルト数と呼ぶことを提案しました。「システム内の水質が変化すると、当社の技術は自動的に信号を送信して流量を調整し、無次元数を 1 に戻します。値 1 に戻ると、最高の状態になります」と Gradiant 社 COO の Govindan 氏は説明しました。 。このシステムは、製造工場からの廃水を再利用するために処理および処理し、最終的に年間何百万ドルもの水をガロン節約します。会社が成長するにつれて、Gradiant チームは、特定の汚染物質のみを除去する経済的な方法である選択的汚染物質抽出や、塩水濃縮方法である向流逆浸透と呼ばれるプロセスなどの新しい技術を自社の武器庫に追加しました。同社は現在、製薬、エネルギー、鉱業、食品および飲料、成長する半導体業界などの業界の顧客に、水処理と廃水のための完全なテクノロジー ソリューションを提供しています。「私たちは水供給のトータルソリューションを提供するプロバイダーです。当社にはさまざまな独自技術があり、お客様のニーズに基づいて当社の矢筒からお選びいたします」と、Gradiant の CEO、Bajpayee 氏は述べています。「顧客は私たちを水のパートナーとして見ています。当社はお客様の水問題を最初から最後まで解決できるため、お客様は本業に集中できます。「Gradun は過去 10 年間で爆発的な成長を遂げました。現在までに、1 日あたり 500 万世帯に相当する水を処理する 450 の上下水処理プラントを建設しました。最近の買収により、総従業員数は 500 名を超えるまでに成長しました。このソリューションは、ファイザー、アンハイザー・ブッシュ・インベブ、コカ・コーラなどの顧客に反映されています。彼らの顧客には、Micron Technology、GlobalFoundries、Intel、TSMC などの半導体大手も含まれています。」半導体用の廃水と超純水は本当に増加しました」とバジパイ氏は語った。半導体メーカーは水を製造するために超純水を必要とします。飲料水と比較した総溶解固形分は数ppmです。前者とは異なり、マイクロチップの製造に使用される水の量は、10億分の1から10兆分の1の間です。現在、シンガポールの半導体製造工場（または工場）における平均リサイクル率はわずか43％です。当社のGe C技術を使用すると、これらの工場は、生産単位当たり必要な 1,000 万ガロンの水の 98 ～ 99% をリサイクルできます。このリサイクル水は、製造プロセスに戻すのに十分なほどきれいです。」私たちはこの汚染水の排出を排除し、半導体工場の公共水道への依存を事実上排除しました。」Bajpayee では、ファブリー都市は水の使用を改善するようますますプレッシャーにさらされており、持続可能性が重要になっています。分離：Bajpayee や Govindan などの効率的な化学ろ過により、より多くの米国のプラントに影響を与えました。Shreya Dave '09、SM '12、PhD '16 は、博士号取得のために脱塩に焦点を当てました。デイブは、アドバイザーである材料科学工学教授のジェフリー・グロスマンの指導の下、より効率的で安価な脱塩を実現できる膜を製造しました。注意深くコストと市場を分析した結果、デイブは脱塩膜は商品化できないと結論付けました。「現代のテクノロジーは、その機能が非常に優れています。する。安価で大量生産されており、非常によく機能します。私たちのテクノロジーには市場がありませんでした」とデイブ氏は言いました。博士論文を擁護した直後、彼女はネイチャー誌に掲載された総説記事を読み、それがすべてを変えました。この記事では問題が特定されました。多くの工業プロセスの中心となる化学物質の分離には、多量のエネルギーが必要です。業界は、より効率的で安価な膜を必要としています。デイブは、彼女には解決策があるかもしれないと考えました。経済的なチャンスがあると認識した後、デイブ、グロスマン、および 16 年のブレント ケラー博士は、2017 年に Via Separations を設立しました。その後すぐに、彼らはマサチューセッツ工科大学からベンチャー キャピタルの資金提供を受けた最初の企業の 1 つとして Engine を選びました。現在、工業用濾過は、化学物質を非常に高温で加熱して化合物を分離することによって行われています。デイブは、これをパスタを作るためにすべての水を蒸発するまで沸騰させ、残ったものがスパゲッティになることに例えています。生産において、この化学的分離方法はエネルギーを大量に消費し、非効率的です。Via Separations は、「パスタフィルター」製品と化学的に同等の製品を作成しました。熱を使用して分離するのではなく、膜が化合物を「濾過」します。この化学濾過方法は、標準的な方法よりもエネルギー消費量が 90% 削減されます。ほとんどのメンブレンはポリマーで作られていますが、Via Separations メンブレンは酸化グラフェンで作られており、高温や過酷な環境に耐えることができます。メンブレンは、細孔サイズと表面化学の調整を変更することで、顧客のニーズに合わせて調整されます。現在、デイブと彼女のチームは、足場として紙パルプ産業に焦点を当てています。彼らは、「黒液」として知られる物質をよりエネルギー効率よくリサイクルするシステムを開発しました。紙の場合、バイオマスの 3 分の 1 のみが紙として使用されます。現在、古紙の残りの 3 分の 2 の最も価値のある用途は、蒸発器を使用して水を沸騰させ、水を非常に希薄な流れから非常に濃縮した流れに変えることです」とデイブ氏は言いました。生成されたエネルギーは濾過プロセスの動力として使用されます。」米国では、この閉鎖システムは多くのエネルギーを消費します。大釜の中に「スパゲッティネット」を置くことでこれを行うことができる、とデイブ氏は付け加えた。VulcanForms: 工業規模の積層造形 彼は、積層造形 (AM) として知られる 3D プリンティングのコースを教えています。当時はそれが主な焦点ではなく、研究に集中していましたが、このテーマに魅力を感じていました。Martin Feldmann MEng '14 を含む、クラスの多くの生徒も同様でした。フェルドマン氏は、先端製造の修士号を取得した後、ハートの研究グループにフルタイムで参加しました。そこで彼らはAMへの共通の関心をめぐって絆を深めました。彼らは、粉末床レーザー溶接として知られる実証済みの金属積層造形技術を使用して革新する機会を見出し、金属積層造形の概念を工業規模に持ち込むことを提案しました。2015 年に彼らは VulcanForms を設立しました。「私たちは、優れた品質と生産性の部品を生産するために AM マシン アーキテクチャを開発しました」とハート氏は述べています。"そして、私たちは。当社の機械は、積層造形、後処理、精密機械加工を組み合わせた完全デジタル製造システムに統合されています。「部品を製造するために 3D プリンターを他社に販売する他の企業とは異なり、VulcanForms は自社の車両を使用して産業用機械の部品を製造し、顧客に販売しています。VulcanForms は従業員が 400 名近くに成長しました。チームは昨年、最初のプロダクションを開始した。「VulcanOne」というベンチャー企業。VulcanForms が製造する部品の品質と精度は、医療用インプラント、熱交換器、航空機エンジンなどの製品にとって非常に重要です。彼らの機械は金属の薄い層を印刷できます。「当社は製造が難しい部品、場合によっては製造不可能な部品を製造しています」と同社取締役会のメンバーであるハート氏は付け加えた。VulcanForms が開発したテクノロジーは、付加プロセスを通じて直接的に、またはより効率的で柔軟なサプライ チェーンを通じて間接的に、より持続可能な方法で部品や製品を生産するのに役立ちます。VulcanForms と AM 全体が持続可能性に貢献する方法の 1 つは、材料の節約。チタン合金など、VulcanForms で使用される材料の多くは多量のエネルギーを必要とします。チタン部品の場合、従来の機械加工プロセスよりもはるかに少ない材料を使用します。材料効率は、エネルギー節約の点で AM が大きな違いを生むと Hart 氏は考えています。ハート氏はまた、AM は、より効率的なジェット エンジンから将来の核融合炉に至るまで、クリーン エネルギー技術の革新を加速できると指摘しています。「リスクを軽減し、クリーン エネルギー技術を拡張しようとしている企業には、専門知識と高度な製造能力へのアクセスが必要であり、産業用積層造形は、この点で変革をもたらしました」とハート氏は付け加えた。製品: フリクション。機械工学教授の Kripa Varanasi と LiquiGlide チームは、摩擦のない未来を創造し、プロセスにおける無駄を大幅に削減することに取り組んでいます。バラナシと同窓生デビッド・スミス SM '11 によって 2012 年に設立された LiquiGlide は、液体が表面上を「滑る」ことを可能にする特殊コーティングを開発しました。工場で歯磨き粉のチューブから絞り出される場合も、500 リットルの瓶から排出される場合も、製品の一滴一滴が使用されます。摩擦のない容器は製品廃棄物を大幅に削減し、リサイクルまたは再利用する前に容器を洗浄する必要がありません。同社は消費者製品分野で大きな進歩を遂げました。Colgate のクライアントは、Colgate Elixir 歯磨き粉のボトルのデザインに LiquiGlide テクノロジーを使用し、いくつかの業界デザイン賞を受賞しました。LiquiGlide は、世界的に有名なデザイナー Yves Behar と提携して、その技術を美容と個人製品の包装衛生に応用しました。同時に、米国食品医薬品局は彼らにマスターデバイスを提供しました。バイオ医薬品の応用はチャンスを生み出します。同社は2016年に、摩擦のない容器生産を実現するシステムを開発した。貯蔵タンク、漏斗、ホッパーの表面処理により、材料が壁に付着するのを防ぎます。このシステムは材料の無駄を最大 99% 削減できます。「これは本当にゲームチェンジャーになる可能性があります。これにより、製品の廃棄物が節約され、タンク洗浄による廃水が削減され、製造プロセスを無駄なくすることができます」と LiquiGlide の会長である Varanasi 氏は述べています。容器の表面。容器に塗布しても、潤滑剤はテクスチャーに吸収され続けます。毛細管力が安定して液体が表面に広がり、粘性のある物質が滑ることができる永続的な潤滑表面が形成されます。同社は熱力学的アルゴリズムを使用して、歯磨き粉であれ塗料であれ、製品に応じて固体と液体の安全な組み合わせを決定します。同社は、工場内のコンテナやタンクを処理できるロボットスプレーシステムを構築しました。LiquiGlide は、製品廃棄物を何百万ドルも節約することに加えて、製品が壁に付着することが多いこれらの容器を定期的に洗浄するために必要な水の量を大幅に削減します。多量の水による洗浄が必要です。たとえば、農芸化学では、発生する有毒廃水の処分には厳格な規則があります。これらはすべて、LiquiGlide で排除できます」とバラナシ氏は言いました。パンデミックの初期に多くの製造工場が閉鎖され、工場での CleanTanX パイロット プロジェクトの展開が遅れましたが、状況はここ数カ月で改善しました。バラナシでは、特に半導体ペーストなどの液体に対する LiquiGlide テクノロジーの需要が高まっています。Gradant、Via Separations、VulcanForms、LiquiGlide などの企業は、生産拡大に多額の環境コストがかかる必要がないことを証明しています。製造業には持続的に拡大できる可能性があります。」機械エンジニアにとって、製造は常に私たちの仕事の中心です。特に、MIT では製造業を持続可能なものにすることに常に取り組んできました」と、フォード工学教授で元機械工学部長のエブリン・ワン氏は述べています。私たちの地球は美しいです。「CHIPSや科学法のような法律が製造業を刺激することで、環境への影響を軽減し、私たちをより持続可能な未来に近づけるソリューションを開発する新興企業や企業への需要が高まるでしょう。
MIT 卒業生が世界中の科学出版を促進するプラットフォームを構築
MIT の専門家がニューロテクノロジーの進歩からインスピレーションを受けるために集結