Worcester Polytechnic Institute: Legado de innovación e investigación

Worcester Polytechnic Institute (WPI) fue fundado en 1865 y es la tercera universidad tecnológica privada más antigua de la nación. Ubicado en Worcester, MA, WPI fomenta la investigación en áreas desde ingeniería de tejidos y medicina regenerativa, hasta exploración de problemas tecnológicos y de política alrededor de ciberseguridad, hasta estudios de temas tan diversos como salud y seguridad de bomberos y desafíos de seguridad contra incendios de edificios verdes.

WPI ha desarrollado cinco áreas de investigación transversales:

Salud y Biotecnología — La investigación de WPI en salud y biotecnología cruza múltiples disciplinas y abarca áreas de enfoque como biología celular, biosciencia regenerativa, mecánica de tejidos y mecanobiología, biofísica, tratamiento de enfermedades y comportamiento animal.

Robótica e Internet de las Cosas — Las tecnologías robóticas incluyen robótica médica, robótica suave, interacción humano-robot y vehículos aéreos no tripulados. Los sistemas robóticos disponibles para investigadores incluyen el Atlas Robot for Nonconventional Emergency Response (WARNER) de WPI, un robot humanoide Atlas de 6 pies de altura de Boston Dynamics que fue la entrada de WPI en el DARPA Robotics Challenge para respuesta a desastres robóticos.

Con más de 250 millones de vehículos en carreteras estadounidenses, los investigadores de WPI están encontrando formas de hacer esos viajes más seguros y los vehículos más baratos y ecológicos. Los sistemas ciberfísicos están facilitando que las personas interactúen con sistemas de ingeniería gracias a aplicaciones tecnológicas complejas y avanzadas.

Materiales Avanzados y Fabricación — La investigación multidisciplinaria de WPI en ciencia e ingeniería de materiales está motivada por el reconocimiento de que el futuro dependerá del desarrollo de nuevos materiales (incluyendo materiales inspirados en la naturaleza), el uso innovador de materiales tradicionales y la recuperación y reutilización de materiales. Amplios esfuerzos de investigación abordan problemas de sostenibilidad en generación de energía y energía alternativa (celdas de combustible, almacenamiento en red, generación de energía usando cometas submarinas), fabricación (fabricación lean, cadenas de suministro sostenibles y secado industrial avanzado), y movilidad (producción de combustibles líquidos de transporte a partir de biomasa lignocelulósica).

Ciberseguridad, Datos y Seguridad — Designado como Centro de Excelencia en Investigación de Ciberseguridad por la Agencia de Seguridad Nacional y el Departamento de Seguridad Nacional, WPI está comprometido en investigación de ciberseguridad en una amplia gama de disciplinas abordando una serie de amenazas de seguridad. Los investigadores de WPI se centran en mejorar herramientas y técnicas de minería de datos y desarrollar nuevos métodos para aprovechar big data para hacer predicciones y decisiones basadas en datos. En ingeniería de protección contra incendios, los investigadores aplican técnicas experimentales y computacionales avanzadas para abordar una amplia gama de problemas de seguridad contra incendios.

Ciencias del Aprendizaje — Los investigadores de WPI en ciencias del aprendizaje desarrollan tecnologías educativas que combinan metodología computacional con marcos teóricos en ciencias del aprendizaje y sociales para investigar temas como tecnologías instructivas, aprendizaje con visualizaciones y simulaciones, características del aprendiz, interacción humano-computadora y aprendizaje automático.

Escuela de Ingeniería

Consistiendo en 14 departamentos enfocados, la Escuela de Ingeniería en WPI aborda una amplia variedad de áreas tecnológicas.

Ingeniería Aeroespacial abarca la ciencia y tecnologías que crean, desarrollan y mejoran aeronaves y naves espaciales. Usando equipos e instalaciones incluyendo túneles de viento, cámaras de vacío e instrumentación de controles, áreas técnicas incluyen fluidos y plasmas, propulsión y energía, controles y dinámica, y estructuras y materiales.

La Ingeniería Biomédica de WPI trabaja en avances tan diversos como suturas para cicatrización de heridas, ingeniería de vasos sanguíneos, monitorización de signos vitales para bomberos y férulas para estabilización de articulaciones.

Dentro de Ingeniería Química, los investigadores resuelven problemas del mundo real en áreas como protección ambiental, energía renovable y ciencias de la vida a través del desarrollo de nuevas tecnologías, procesos y materiales.

Ingeniería Civil y Ambiental toca temas como sostenibilidad, preservación de recursos naturales, diseño, construcción, arquitectura y energía. Áreas técnicas incluyen ingeniería de pavimentos y materiales de carreteras, análisis y diseño de sistemas estructurales e inteligentes, construcción e integración diseño-construcción, tratamiento físico y químico, energía y sostenibilidad, recursos hídricos y diseño de edificios sostenibles.

La investigación en Ingeniería Eléctrica y de Computadoras incluye aprendizaje automático, criptografía y seguridad de la información, procesamiento de señales, vehículos autónomos, salud inteligente, control de prótesis, microelectrónica analógica y digital, y redes de información inalámbricas. Las innovaciones de WPI incluyen la invención del amplificador de retroalimentación negativa y sentar las bases de las primeras redes locales inalámbricas.

Hogar de uno de solo tres programas de ingeniería de protección contra incendios en Estados Unidos, el trabajo de Ingeniería de Protección contra Incendios de WPI informa y da forma a políticas regulatorias, diseño de edificios, procesos de fabricación, operaciones de primeros respondedores y estándares de rendimiento de productos. La investigación se conduce en materiales, protección contra combustión y explosiones, sistemas de edificios e incendios, seguridad y política de bomberos, comportamiento humano y evacuación, diseño y regulación, e impacto de incendios en edificios, infraestructura y medio ambiente.

Ingeniería Industrial sirve como puente entre ingeniería y gestión para analizar y adaptar procesos o crear nuevos. Ya sea un procedimiento de fabricación o un rediseño de espacio físico, los ingenieros industriales identifican las personas, materiales, tecnología, información y energía requeridos para que un proceso sea eficiente.

Ingeniería de Fabricación abarca campos como robótica, fabricación y procesamiento de materiales, sistemas de control, mecanizado, rectificado, enseñanza de mecanizado CNC, ingeniería de materiales y metrología de superficies.

El campo de Ingeniería de Procesos de Materiales se centra en la ciencia de materiales, procesamiento de materiales y prácticas de negocio. Procesos de fabricación como nanomateriales y biopolímeros y temas como fabricación lean, fundición y tratamiento térmico, análisis de costes celdas de combustible y metrología de superficies están incluidos.

Ciencia e Ingeniería de Materiales se centra en las formas en que los materiales se fabrican, usan y reciclan; en el desarrollo y procesamiento de nuevos materiales y productos; y en el uso innovador de materiales tradicionales. La comprensión fundamental de materiales a escalas nano, micro y macro incluye estructura, procesamiento, propiedades, rendimiento, cinética y termodinámica.

Los puntos fuertes dentro de Ingeniería Mecánica incluyen ciencias térmicas, nanotecnología y nanomateriales, biomecánica y dispositivos médicos, fabricación aditiva e impresa, fotónica y optomecánica, sensores y metrología, procesamiento de metales, baterías y electroquímica, y materiales de celdas solares.

La investigación se realiza dentro de Ingeniería de Robótica en áreas como interacción humano-robot e interfaces, planificación y control de movimiento robótico, robots médicos y asistenciales, sensores/actuadores y diseño de robótica, robótica e IA, aumento humano, manipulación robótica, robots suaves, vehículos autónomos, sistemas embebidos para robots y sistemas multi-robot.

Ingeniería de Sistemas es un enfoque holístico para el diseño, construcción y mantenimiento de sistemas. Los temas abordan tanto aspectos de ingeniería como de gestión e incluyen inteligencia artificial, ingeniería de sistemas basada en modelos, ingeniería de requisitos, arquitectura y diseño de sistemas, y validación y verificación.

Tecnologías

La investigación de movimiento de ondas en WPI podría algún día crear un chaleco antibalas que no solo detecte la velocidad, ángulo de aproximación y tamaño de una bala entrante, sino que el material dentro del chaleco cambiará instantáneamente sus propiedades para proporcionar mayor protección contra impactos en el punto exacto de impacto. Los materiales granulares podrían usarse en equipo de protección personal, como chalecos y cascos, que pueden ser usados por militares, policías y otros profesionales como atletas y trabajadores de construcción. También podrían usarse como cubierta protectora para edificios o incluso para proteger la Estación Espacial Internacional, satélites y naves espaciales de ser dañados por basura espacial y meteoritos.

Un equipo en WPI encontró que extractos de las hojas de la planta Artemisia annua, una hierba medicinal también conocida como ajenjo dulce, inhiben la replicación del virus SARS-CoV-2 (el virus responsable de la pandemia COVID-19) y dos de sus variantes recientes. Uno o más compuestos en la planta pueden apuntar a un tratamiento terapéutico seguro y de bajo costo para SARS-CoV-2.

Ingenieros desarrollaron una app para smartphone que puede ayudar a realizar rastreo de contactos necesario para contener la propagación de COVID-19 sin arriesgar la privacidad o seguridad personal de los usuarios. Se desarrollaron dos medios de recopilar datos de rastreo. Con el primero, la app rastrearía la ubicación del usuario y encriptaría cualquier información almacenada. Luego enviaría los datos encriptados, menos cualquier información de identificación personal, a un servidor usado por un departamento de salud pública. Otro enfoque subiría información solo de cualquiera que dé positivo por COVID-19. Esa información se haría pública, sin identificar a los individuos infectados, para que cualquiera pueda ir en línea y verificar por sí mismo si ha estado en contacto cercano con alguien que ha dado positivo.

Una herramienta de diagnóstico crítica en desarrollo en WPI es una máquina de ultrasonido robótica para detectar síntomas de enfermedad en los pulmones —un desarrollo significativo que permitirá a los proveedores de salud minimizar su exposición al virus al realizar evaluaciones de pacientes con COVID-19. La plataforma elimina virtualmente el contacto físico entre pacientes y trabajadores de salud durante los escaneos, minimizando el riesgo de propagación mientras aún permite la recopilación de datos vitales.

WPI creó combustible renovable a partir de lodos de aguas residuales, un subproducto del tratamiento de aguas residuales que crea gases de efecto invernadero y contaminación del agua cuando se vierte en vertederos. Usa procesos hidrotérmicos, altas temperaturas y presión, y catalizadores económicos para convertir lodos de aguas residuales —y la energía y carbono contenidos en ellos— en gas natural. Además, nitratos y fosfatos extraídos durante el nuevo proceso pueden usarse en agricultura.

Se creó una prótesis de mano parcial que permite unir dedos a la mano parcial de una persona para reemplazar parte de la funcionalidad de los dedos. Una banda de muñeca alberga el actuador para el movimiento del pulgar y un pequeño solenoide que lo bloquea en su lugar. Sensores integrados permiten a la persona presionar con el pequeño trozo restante de un dedo, lo que hará que el pulgar protésico se mueva hacia adelante y hacia atrás.

Un matemático de WPI está ayudando al Ejército de EE. UU. a crear un sensor químico del tamaño de una uña que puede usarse en prendas exteriores para detectar químicos peligrosos más rápido y reducir la tasa de falsas alarmas. El sensor wearable está construido para imitar la nariz humana. Cada sensor detecta combinaciones de múltiples moléculas —uno podría detectar humos diésel y un agente químico específico mientras que otro podría detectar humos diésel y humedad. Los resultados se combinan para dar una evaluación más completa y precisa de los químicos en el entorno.

Un sensor del tamaño de una CURITA^® fue desarrollado para medir los niveles de oxígeno en sangre de un bebé, una indicación vital de la efectividad de los pulmones y si el tejido del bebé está recibiendo suministro adecuado de oxígeno. A diferencia de los sistemas actuales usados en hospitales, este dispositivo wearable miniaturizado será flexible y elástico, inalámbrico, económico y móvil, posiblemente permitiendo que el niño salga del hospital y sea monitorizado remotamente.

Un rover autónomo y un dron de despliegue de carga útil fueron desarrollados para trabajar juntos para buscar y detonar minas terrestres. El rover detecta y marca las minas usando un detector de metales económico, que puede detectar tan solo un gramo de metal a dos o tres pulgadas bajo el suelo. El dron luego deja caer cargas de pequeñas bolsas de arena sobre las minas para detonarlas de forma segura.

Ingenieros de WPI crearon una técnica de impresión 3D que podría usarse para reparar vehículos y otra tecnología crítica en el campo, evitando la espera a veces extensa por nuevas piezas y aumentando la preparación de unidades militares. Usa una técnica llamada cold spray, que puede usarse para reparar piezas de metal o incluso hacer nuevas piezas desde cero construyendo metal capa por capa en un proceso de impresión 3D. El proceso puede reducirse a un aplicador portátil de mano para uso en campo.

Para hacer naves espaciales de NASA más ligeras y tolerantes a daños, WPI desarrolló métodos para detectar imperfecciones en nanomateriales de carbono usados para hacer tanques de combustible de cohete compuestos y otras estructuras de naves espaciales. Un algoritmo mejora significativamente la resolución de sistemas de escaneo de densidad usados para detectar fallos en Miralon^® —un nanomaterial fuerte, ligero y flexible. Miralon se ha usado para envolver soportes estructurales en la sonda Juno de NASA orbitando Júpiter para ayudar a amortiguar vibración y descarga estática.

Transferencia de Tecnología

La Oficina de Comercialización de Tecnología (OTC) identifica, evalúa, valora, protege, clasifica, comercializa y licencia los activos de propiedad intelectual desarrollados en WPI. Para conocer tecnologías disponibles, visite aquí .

Para licenciar una invención de WPI, contacte a Todd S. Keiller, Director de Propiedad Intelectual e Innovación, en Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verla.; 508-831-4907.