Projecteur sur Worcester Polytechnic Institute : un héritage d'innovation et de recherche

Worcester Polytechnic Institute (WPI) a été fondé en 1865 et est la troisième plus ancienne université technologique privée du pays. Situé à Worcester, MA, WPI favorise la recherche dans des domaines allant de l'ingénierie tissulaire et médecine régénérative, à l'exploration des enjeux technologiques et politiques entourant la cybersécurité, aux études de sujets aussi divers que la santé et sécurité des pompiers et les défis de sécurité incendie des bâtiments verts.

WPI a développé cinq domaines de recherche transversaux :

Santé & Biotechnologie — La recherche de WPI en santé et biotechnologie traverse plusieurs disciplines et embrasse des domaines de focus tels que la biologie cellulaire, bioscience régénérative, mécanique tissulaire et mécano-biologie, biophysique, traitement des maladies, et comportement animal.

Robotique & Internet des Objets — Les technologies robotiques incluent la robotique médicale, la robotique souple, l'interaction homme-robot, et les véhicules aériens sans pilote. Les systèmes robotiques disponibles pour les chercheurs incluent le WARNER (WPI's Atlas Robot for Nonconventional Emergency Response), un robot humanoïde Atlas de 1,80 m de Boston Dynamics qui était l'entrée de WPI au DARPA Robotics Challenge pour la réponse aux catastrophes par robot.

Avec plus d'un quart de milliard de véhicules sur les routes américaines, les chercheurs de WPI trouvent des moyens de rendre ces déplacements plus sûrs et les véhicules moins chers et plus écologiques. Les systèmes cyber-physiques facilitent l'interaction des gens avec des systèmes ingénierisés grâce à des applications technologiques complexes et avancées.

Matériaux Avancés & Fabrication — La recherche multidisciplinaire de WPI en science et ingénierie des matériaux est motivée par la reconnaissance que l'avenir dépendra du développement de nouveaux matériaux (y compris matériaux inspirés par la nature), de l'utilisation innovante de matériaux traditionnels, et de la récupération et réutilisation des matériaux. Les efforts de recherche à large base adressent les questions de durabilité dans la génération d'énergie et énergie alternative (piles à combustible, stockage réseau, génération d'énergie par cerfs-volants sous-marins), la fabrication (fabrication allégée, chaînes d'approvisionnement durables, séchage industriel avancé), et la mobilité (production de carburants de transport liquides à partir de biomasse lignocellulosique).

Cyber, Données & Sécurité — Désigné comme Centre d'Excellence en Recherche Cybersécurité par la National Security Agency et le Department of Homeland Security, WPI est engagé dans la recherche en cybersécurité dans une large gamme de disciplines adressant une multitude de menaces de sécurité. Les chercheurs de WPI se concentrent sur l'amélioration des outils et techniques de fouille de données et le développement de nouvelles méthodes pour exploiter les big data pour faire des prédictions et décisions basées sur les données. En ingénierie protection incendie, les chercheurs appliquent des techniques expérimentales et computationnelles avancées pour adresser une large gamme de problèmes de sécurité incendie.

Sciences de l'Apprentissage — Les chercheurs de WPI en sciences de l'apprentissage développent des technologies éducatives qui combinent méthodologie computationnelle avec cadres théoriques dans les sciences de l'apprentissage et sociales pour investiguer des sujets tels que les technologies d'instruction, l'apprentissage avec visualisations et simulations, caractéristiques des apprenants, interaction homme-machine, et apprentissage machine.

École d'Ingénierie

Composée de 14 départements ciblés, l'École d'Ingénierie de WPI adresse une grande variété de domaines technologiques.

Génie Aérospatial embrasse la science et les technologies qui créent, développent et améliorent les aéronefs et vaisseaux spatiaux. En utilisant équipements et installations incluant tunnels de vent, chambres à vide, et instrumentation de contrôle, les domaines techniques incluent fluides et plasmas, propulsion et énergie, contrôles et dynamiques, et structures et matériaux.

Le Génie Biomédical de WPI travaille sur des avancées aussi diverses que sutures cicatrisantes, ingénierie vaisseaux sanguins, surveillance signes vitaux pour pompiers, et attelles pour stabilisation articulaire.

Dans le Génie Chimique, les chercheurs résolvent des problèmes réels dans des domaines comme la protection environnementale, l'énergie renouvelable, et les sciences de la vie à travers le développement de nouvelles technologies, processus, et matériaux.

Génie Civil et Environnemental touche à des sujets tels que durabilité, préservation ressources naturelles, design, construction, architecture, et énergie. Les domaines techniques incluent ingénierie chaussée et matériaux autoroute, analyse et design de systèmes structuraux et structures intelligentes, construction et intégration design-construction, traitement physique et chimique, énergie et durabilité, ressources en eau, et design de bâtiment durable.

La recherche en Génie Électrique et Informatique inclut l'apprentissage machine, cryptographie et sécurité de l'information, traitement du signal, véhicules autonomes, santé intelligente, contrôle prothétique, microélectronique analogique et numérique, et réseaux d'information sans fil. Les innovations de WPI incluent l'invention de l'amplificateur à rétroaction négative et la pose des fondations des premiers réseaux locaux sans fil.

Abritant l'un des trois seuls programmes d'ingénierie protection incendie aux États-Unis, le travail de Génie Protection Incendie de WPI informe et façonne la politique réglementaire, le design de bâtiment, les processus de fabrication, les opérations des premiers intervenants, et les standards de performance des produits. La recherche est conduite dans les matériaux, combustion et protection explosion, systèmes bâtiment et incendie, sécurité et politique pompiers, comportement humain et évacuation, design et régulation, et impact feu sur bâtiments, infrastructures, et environnement.

Génie Industriel sert de pont entre l'ingénierie et le management pour analyser et adapter les processus ou en créer de nouveaux. Qu'il s'agisse d'une procédure de fabrication ou d'un redesign d'espace physique, les ingénieurs industriels identifient les gens, matériaux, technologie, information, et énergie requis pour qu'un processus soit efficace.

Génie de Fabrication englobe des domaines comme la robotique, fabrication et traitement matériaux, systèmes de contrôle, usinage, meulage, enseignement usinage CNC, ingénierie matériaux, et métrologie de surface.

Le domaine de Génie Procédés Matériaux se concentre sur la science des matériaux, traitement des matériaux, et pratiques commerciales. Les processus de fabrication comme nanomatériaux et biopolymères et sujets comme fabrication allégée, coulée et traitement thermique, analyse coûts piles à combustible, et métrologie de surface sont inclus.

Science & Ingénierie des Matériaux se concentre sur les façons dont les matériaux sont faits, utilisés, et recyclés ; sur le développement et traitement de nouveaux matériaux et produits ; et sur l'utilisation innovante de matériaux traditionnels. La compréhension fondamentale des matériaux aux échelles nano, micro, et macro inclut structure, traitement, propriétés, performance, cinétique, et thermodynamique.

Les forces dans Génie Mécanique incluent sciences thermiques, nanotechnologie et nanomatériaux, biomécanique et dispositifs médicaux, fabrication additive et électronique imprimée, photonique et optomécanique, capteurs et métrologie, traitement métaux, batteries et électrochimie, et matériaux cellules solaires.

La recherche est effectuée dans Génie Robotique dans des domaines tels que interaction homme-robot et interfaces, planification et contrôle mouvement robot, robots médicaux et d'assistance, capteurs/actionneurs et design robot, robotique et IA, augmentation humaine, manipulation robotique, robots souples, véhicules autonomes, systèmes embarqués pour robots, et systèmes multi-robots.

Génie Systèmes est une approche holistique pour le design, construction, et maintenance de systèmes. Les sujets adressent les aspects ingénierie et management et incluent intelligence artificielle, ingénierie systèmes base modèles, ingénierie exigences, architecture et design systèmes, et validation et vérification.

Technologies

La recherche sur le mouvement d'onde à WPI pourrait un jour créer un gilet pare-balles qui non seulement sentira la vitesse, l'angle d'approche, et la taille d'une balle entrante mais le matériau à l'intérieur du gilet changera instantanément de propriétés pour fournir une protection contre les chocs supérieure au point exact d'impact. Les matériaux granulaires pourraient être utilisés dans l'équipement de protection personnelle, comme gilets et casques, qui peuvent être portés par les militaires, police, et autres professionnels comme athlètes et travailleurs de construction. Ils pourraient aussi être utilisés comme revêtement protecteur pour bâtiments ou même pour protéger la Station Spatiale Internationale, satellites, et vaisseaux spatiaux des dommages par débris spatiaux et météorites.

Une équipe de WPI a trouvé que des extraits des feuilles de la plante Artemisia annua, une herbe médicinale aussi connue comme absinthe annuelle, inhibent la réplication du virus SARS-CoV-2 (le virus responsable de la pandémie COVID-19) et deux de ses variants récents. Un ou plusieurs composés dans la plante pourraient pointer vers un traitement thérapeutique sûr et peu coûteux pour le SARS-CoV-2.

Des ingénieurs ont développé une application smartphone qui peut aider à conduire le traçage de contacts nécessaire pour contenir la propagation du COVID-19 sans risquer la vie privée ou la sécurité personnelle des utilisateurs. Deux moyens de collecte de données de suivi ont été développés. Avec le premier, l'application suivrait la localisation de l'utilisateur et crypterait toute information stockée. Elle enverrait ensuite les données cryptées, moins toute information personnellement identifiable, à un serveur utilisé par un département de santé publique. Une autre approche téléchargerait l'information seulement de quiconque teste positif au COVID-19. Cette information serait rendue publique, sans identifier les individus infectés, pour que n'importe qui puisse aller en ligne et vérifier par eux-mêmes s'ils ont été en contact étroit avec quelqu'un qui a testé positif.

Un outil diagnostique critique en développement à WPI est une machine à ultrasons robotique pour détecter les symptômes de maladie dans les poumons — un développement significatif qui permettra aux fournisseurs de soins de santé de minimiser leur exposition au virus lors de la conduite d'évaluations de patients COVID-19. La plateforme élimine virtuellement le contact physique entre patients et travailleurs de santé pendant les scans, minimisant le risque de propagation tout en permettant toujours la collecte de données vitales.

WPI a créé du carburant renouvelable à partir de boues d'épuration, un sous-produit du traitement des eaux usées qui crée des gaz à effet de serre et de la pollution de l'eau quand il est déversé dans les décharges. Il utilise des processus hydrothermaux, hautes températures et pression, et catalyseurs peu coûteux pour transformer les boues d'épuration — et l'énergie et le carbone contenus dedans — en gaz naturel. En plus, les nitrates et phosphates extraits pendant le nouveau processus peuvent être utilisés en agriculture.

Une prothèse de main partielle a été créée qui permet aux doigts d'être attachés à la main partielle d'une personne pour remplacer certaines fonctionnalités des doigts. Un bracelet de poignet abrite l'actionneur pour le mouvement du pouce et un petit solénoïde qui le verrouille en place. Des capteurs intégrés permettent à la personne d'appuyer avec le minuscule morceau restant d'un doigt, ce qui fera bouger le pouce prothétique avant et arrière.

Un mathématicien de WPI aide l'U.S. Army à créer un capteur chimique de la taille d'un ongle qui peut être porté sur les vêtements extérieurs pour détecter les produits chimiques dangereux plus rapidement et réduire le taux de fausses alarmes. Le capteur portable est construit pour imiter le nez humain. Chaque capteur détecte des combinaisons de multiples molécules — l'un pourrait détecter les fumées diesel et un agent chimique spécifique tandis qu'un autre pourrait détecter les fumées diesel et l'humidité. Les résultats sont combinés pour donner une évaluation plus complète et précise des produits chimiques dans l'environnement.

Un capteur de la taille d'un pansement BAND-AID® a été développé pour mesurer les niveaux d'oxygène dans le sang d'un bébé, une indication vitale de l'efficacité des poumons et si les tissus du bébé reçoivent un approvisionnement adéquat en oxygène. Contrairement aux systèmes actuels utilisés dans les hôpitaux, ce dispositif portable miniaturisé sera flexible et extensible, sans fil, peu coûteux, et mobile, permettant peut-être à l'enfant de quitter l'hôpital et d'être surveillé à distance.

Un rover autonome et un drone déployant des charges utiles ont été développés pour travailler ensemble pour rechercher et faire exploser des mines terrestres. Le rover détecte et marque les mines en utilisant un détecteur de métaux peu coûteux, qui peut sentir aussi peu qu'un gramme de métal à deux ou trois pouces sous le sol. Le drone laisse alors tomber des charges de petits sacs de sable sur les mines pour les faire exploser en toute sécurité.

Les ingénieurs de WPI ont créé une technique d'impression 3D qui pourrait être utilisée pour réparer des véhicules et autre technologie critique sur le terrain, évitant l'attente parfois extensive pour de nouvelles pièces et augmentant la disponibilité des unités militaires. Elle utilise une technique appelée projection à froid (cold spray), qui peut être utilisée pour réparer des pièces métalliques ou même faire de nouvelles pièces à partir de zéro en construisant le métal couche par couche dans un processus d'impression 3D. Le processus peut être réduit à un applicateur portable pour une utilisation sur le terrain.

Pour rendre les vaisseaux spatiaux NASA plus légers et plus tolérants aux dommages, WPI a développé des méthodes pour détecter les imperfections dans les nanomatériaux de carbone utilisés pour faire des réservoirs de carburant de fusée composites et autres structures de vaisseaux spatiaux. Un algorithme améliore significativement la résolution des systèmes de scan de densité utilisés pour détecter les défauts dans Miralon® — un nanomatériau fort, léger, flexible. Miralon a été utilisé pour envelopper les supports structurels dans la sonde Juno de NASA orbitant Jupiter pour aider à amortir les vibrations et décharges statiques.

Transfert de Technologie

Le Bureau de Commercialisation Technologique (OTC) identifie, évalue, valorise, protège, classe, commercialise, et licence les actifs de propriété intellectuelle développés à WPI. Pour en savoir plus sur les technologies disponibles, visitez le site web.

Pour licencier une invention WPI, contactez Todd S. Keiller, Directeur de la Propriété Intellectuelle et Innovation, à cette adresse email protégée ; 508-831-4907.