CU Boulder Impacts Global Engineering with Design Skills – Autodesk Learn Lab
Στο Mortenson Center in Global Engineering (MCGE) στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Boulder (CU Boulder), μια αφοσιωμένη ομάδα καθηγητών, προπτυχιακών και μεταπτυχιακών φοιτητών εργάζεται για να κάνει τη διαφορά στον εντοπισμό και τη μέτρηση των περιβαλλοντικών ρύπων—εν μέρει μέσω δεξιότητες σχεδιασμού και κατασκευής. Μέσω του Παγκόσμιου Προγράμματος Πιστοποιητικών Μηχανικής του Κέντρου, οι μαθητές μαθαίνουν διεπιστημονικές δεξιότητες με στόχο τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας των συστημάτων δημόσιας υγείας και υποδομής. Μέρος αυτής της εστίασης δίνει στους μαθητές την αποστολή να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν αισθητήρες ρύπων που συλλέγουν ζωτικά περιβαλλοντικά δεδομένα για ανάλυση.
Μηχανικοί σχεδιασμού
Το Πιστοποιητικό Μεταπτυχιακών Σπουδών στην Παγκόσμια Μηχανική περιλαμβάνει μαθήματα που επικεντρώνονται σε εργαλεία μέτρησης της δημόσιας υγείας, όπου οι μαθητές λαμβάνουν ένα εργαστήριο ηλεκτρονικών που τους διδάσκει πώς να αντιλαμβάνονται την ατμοσφαιρική ρύπανση. Μεταξύ των δεξιοτήτων που διδάσκονται, οι μαθητές μαθαίνουν βασική καλωδίωση breadboard, χρήση μικροελεγκτή, συλλογή δεδομένων, ανάπτυξη υλικολογισμικού και βασικές μηχανικές οδηγίες CAD στο Autodesk Fusion 360. Ο Taylor Sharpe, φοιτητής διδάκτορα στην περιβαλλοντική μηχανική και διευθυντής των εργαστηρίων MCGE, λέει ότι τα περισσότερα οι φοιτητές προέρχονται από ένα υπόβαθρο πολιτικού ή περιβαλλοντικού μηχανικού, επομένως εάν έχουν εμπειρία CAD, αυτή τείνει να προέρχεται από την αρχιτεκτονική και όχι από τα ηλεκτρονικά ή το σχεδιασμό προϊόντων. Έτσι, το πρόγραμμα χρησιμοποιεί το Fusion 360 επειδή κάνει τη νέα περιοχή σχεδιασμού μηχανικών προϊόντων CAD εύπεπτη σε μαθητές με ελάχιστες προηγούμενες γνώσεις CAD ή με κάποιες γνώσεις CAD από άλλο πεδίο ή άλλο πρόγραμμα λογισμικού.
Οι μαθητές λαμβάνουν ένα παράδειγμα αρχείου CAD ενός περιβλήματος αισθητήρα ποιότητας αέρα και πρέπει να σχεδιάσουν ένα νέο με τουλάχιστον κάποια τροποποίηση. Στη συνέχεια συνεργάζονται με έναν εκπαιδευτή για την τρισδιάστατη εκτύπωση του περιβλήματος από το κατάστημα μηχανών ταχείας πρωτοτυποποίησης της Mortenson. Τέλος, κάθε μαθητής δοκιμάζει τον αισθητήρα και το περίβλημα μαγειρεύοντας στο σπίτι του και αναλύοντας τα δεδομένα ποιότητας του αέρα που προκύπτουν.
Η Sharpe λέει ότι αυτές οι μονάδες αισθητήρων ανιχνεύουν ένα πράγμα: σωματίδια 2,5 (PM2.5)—μικροσκοπικά σωματίδια ατμοσφαιρικών ρύπων πλάτους 2,5 μικρομέτρων ή μικρότερου. (Υπάρχουν 1000 μικρόμετρα ανά χιλιοστό.) Όταν είναι αρκετά συμπυκνωμένο, PM2.5 μειώνει την ορατότητα με θολό αέρα, αλλά το πιο σημαντικό βλάπτει την ανθρώπινη υγεία. Σύμφωνα με τον ΠΟΥ, ο Π.Μ2.5 προκάλεσε 4,2 εκατομμύρια πρόωρους θανάτους το 2016, το 91% αυτών σε χώρες χαμηλού και μεσαίου εισοδήματος. Τέτοια ρύπανση μπορεί να οδηγήσει σε καρδιακές παθήσεις, εγκεφαλικό επεισόδιο, διάφορους καρκίνους, άσθμα και οξείες λοιμώξεις του κατώτερου αναπνευστικού (ALRI) – την κύρια αιτία θνησιμότητας ή νοσηρότητας σε παιδιά κάτω των πέντε ετών.
Μέτρηση περιβαλλοντικών ρύπων
Τα πειράματα αισθητήρων των μαθητών Mortenson τους διδάσκουν να μετρούν το PM2.5 επίπεδα και να αναλύσει τα δεδομένα από όλες τις συνεδρίες μαγειρικής των μαθητών, συμπεριλαμβανομένων μεταβλητών όπως αν υπήρχε ή όχι απορροφητήρας αερισμού. Επίσης, υπολογίζουν και συζητούν τα αποτελέσματα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης όσον αφορά τις πιθανές επιπτώσεις στη δημόσια υγεία. «Μια από τις επικεντρωμένες μας δραστηριότητες ως πρόγραμμα είναι η υψηλής ποιότητας, επίμονη μέτρηση», λέει ο Sharpe, «η οποία ιστορικά υστερεί σοβαρά στη διεθνή ανάπτυξη».
Η εκμάθηση των βασικών δεξιοτήτων της ηλεκτρονικής, του σχεδιασμού προϊόντων CAD και της προηγμένης κατασκευής με τη βοήθεια του Fusion 360 συμβάλλει σημαντικά στην παραγωγή διεπιστημονικών μηχανικών.
Τέτοιες δεξιότητες ταιριάζουν με τον στόχο του Mortenson Center να διδάξει τη μηχανική ως ένα μονοπάτι για θετικό αντίκτυπο στον κόσμο, αλλά ο Sharpe λέει ότι εξυπηρετούν επίσης τον σκοπό της εκπαίδευσης μηχανικών σε σχήμα «Τ»: αυτούς με ειδικότητα (η κάθετη γραμμή του Τ), αλλά και ευρεία κατανόηση και σύνολο δεξιοτήτων (η οριζόντια γραμμή του Τ). Οι απόφοιτοι του πιστοποιητικού προγράμματος μαθαίνουν έναν συγκεκριμένο κλάδο της μηχανικής, καθώς και παρακείμενους κλάδους όπως τα οικονομικά και η αντιμετώπιση καταστροφών. Ο Sharpe σημειώνει ότι η εκμάθηση των βασικών δεξιοτήτων των ηλεκτρονικών, του σχεδιασμού προϊόντων CAD και της προηγμένης κατασκευής με τη βοήθεια του Fusion 360 συμβάλλει σημαντικά στην παραγωγή διεπιστημονικών μηχανικών.
Για να βοηθήσει στην προσπάθειά του να κάνει το Global Engineering μια δύναμη για το καλό, το Ίδρυμα Autodesk έχει παράσχει οικονομική και τεχνική υποστήριξη μέσω επιχορηγήσεων και δωρεών λογισμικού στο Mortenson Center. «Η υποστήριξη του Ιδρύματος μας βοήθησε να δημιουργήσουμε και να χρησιμοποιήσουμε ένα γρήγορο πρωτότυπο μικρομηχανουργείο όπου σχεδιάζουμε και κατασκευάζουμε αισθητήρες με ένα σετ 3D εκτυπωτών, επιτραπέζιους CNC, εξοπλισμό κοπής λέιζερ και εξοπλισμό συγκόλλησης», λέει ο Sharpe.
Η ερευνητική ομάδα του κέντρου χρησιμοποιεί τον χώρο εργασίας Autodesk Eagle και Fusion 360 Electronics για την παραγωγή τυπωμένων κυκλωμάτων και το σχεδιασμό άλλων ηλεκτρικών και μηχανικών εξαρτημάτων. Το Fusion 360 παίζει επίσης ρόλο στη λειτουργία των μηχανών του καταστήματος τόσο σε πρωτότυπα όσο και σε τρόπους παραγωγής. Τα προϊόντα της ομάδας έχουν αναπτυχθεί μέχρι στιγμής σε έργα παρέμβασης Global Engineering στην Κένυα, την Αιθιοπία, τη Ρουάντα, τη Σιέρα Λεόνε, τη Νιγηρία και τις ΗΠΑ.
«Αυτά τα προϊόντα συχνά αποτελούν τη ραχοκοκαλιά της έρευνάς μας», λέει ο Sharpe, «επιτρέποντας τη μέτρηση πολλών περιβαλλοντικών παραμέτρων και τη δημιουργία δεδομένων για ανάλυση που θα βοηθήσουν στην κατανόηση και τη βελτίωση του αντίκτυπου αυτού του τομέα συνολικά».
Κάνοντας αντίκτυπο εκεί που μετράει περισσότερο
Ενώ το Mortenson Center αγκαλιάζει την προηγμένη τεχνολογία ως τρόπο για την προώθηση της παγκόσμιας μηχανικής, χρησιμοποιεί επίσης αυτήν την τεχνολογία όχι για τη δημιουργία συσκευών για μεμονωμένους ανθρώπους, αλλά για τη βελτίωση ολόκληρων συστημάτων, όπως η παράδοση πόσιμου νερού ή η παραγωγή τροφίμων. «Αντί να φτιάχνουμε προϊόντα που θα πωλούνταν σε έναν κάτοικο σε έναν απρογραμμάτιστο οικισμό στην Κένυα, φτιάχνουμε προϊόντα σε συνεργασία με την τοπική εταιρεία κοινής ωφέλειας που είναι επιφορτισμένη με την παροχή υπηρεσιών ύδρευσης ή αποχέτευσης», λέει ο Sharpe. «Αυτό συνδέεται με τον στόχο μας να παράγουμε πολυεπιστημονικούς μηχανικούς. Θέλουμε οι απόφοιτοί μας να κατανοήσουν ότι ο σχεδιασμός είναι αναπόσπαστο μέρος οποιουδήποτε συστήματος που μπορεί να ανακουφίσει τη φτώχεια ή να βελτιώσει τη δημόσια υγεία, αλλά πρέπει να τοποθετηθεί σε μεγαλύτερες δομές».
Οι απόφοιτοι έχουν αναλάβει θέσεις στην κυβέρνηση, σε μη κερδοσκοπικούς οργανισμούς και στον ιδιωτικό τομέα σε όλους τους τομείς όπου το Mortenson Center διαθέτει ερευνητική τεχνογνωσία.
Αυτό σχετίζεται επίσης με τον στόχο του προγράμματος να κινήσει τον τομέα της μηχανικής προς την αντιμετώπιση των βαθύτερων αιτιών της φτώχειας, σύμφωνα με τη Συντονίστρια Προγράμματος Sarah Goodroad. Από το 2006, οι απόφοιτοι του Παγκόσμιου Πιστοποιητικού Μηχανικού εισήλθαν στον επαγγελματικό κόσμο «έτοιμοι να λύσουν προβλήματα μηχανικής και επιστήμης εντός των κοινωνικοοικονομικών, περιβαλλοντικών και πολιτικών περιορισμών που συναντώνται συχνά σε περιβάλλοντα χαμηλών πόρων», λέει.
Οι απόφοιτοι έχουν αναλάβει θέσεις στην κυβέρνηση, σε μη κερδοσκοπικούς οργανισμούς και στον ιδιωτικό τομέα σε όλους τους τομείς όπου το Mortenson Center διαθέτει ερευνητική τεχνογνωσία – ποιότητα αέρα, WASH (νερό, αποχέτευση και υγιεινή), επιτόπια και τηλεπισκόπηση, αξιολόγηση επιπτώσεων , υποδομές, γεωργία και τεχνολογία διαχείρισης νερού—για εργοδότες όπως η Παγκόσμια Τράπεζα, η Oxfam, οι Γέφυρες για την Ευημερία, το Water for People, το Range of Motion Project και η Action Against Hunger. Η Goodroad λέει ότι οι δεξιότητες σχεδιασμού είναι ζωτικής σημασίας για την προώθηση της καινοτομίας σε όλους αυτούς τους τομείς και οι απόφοιτοι έχουν προχωρήσει στην εφεύρεση νέας τεχνολογίας και έχουν γίνει ηγέτες στους τομείς τους.
Για παράδειγμα, η απόφοιτος διδάκτορα του 2022 στην περιβαλλοντική μηχανική Emily Bedell ανέπτυξε και επικύρωσε έναν νέο αισθητήρα για την ανίχνευση κινδύνου E. coli στο νερό με ποσοστό ακρίβειας 83% για την ανίχνευση μόλυνσης στα επιφανειακά νερά σε πραγματικό χρόνο. Ο αισθητήρας συνδυάζεται με ένα μοντέλο μηχανικής μάθησης που χρησιμοποιεί φθορισμό για να δείξει αιχμές μόλυνσης με κόπρανα σε πραγματικό χρόνο. Η έρευνά της δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Έρευνα για το νερό και θα μπορούσε να βελτιώσει την ανίχνευση μιας ποικιλίας ρύπων στα συστήματα νερού. Η Goodroad λέει ότι τόσο ο συνδυασμός του αισθητήρα Bedell όσο και ο συνδυασμός μοντέλων μηχανικής εκμάθησης έχουν εγκριθεί για διπλώματα ευρεσιτεχνίας στις ΗΠΑ.
Προετοιμασία εργατικού δυναμικού και τοποθέτηση εργασίας
Με το Global Engineering Graduate Certificate του, το Mortenson Centre επηρεάζει και την κατεύθυνση της παγκόσμιας εκπαίδευσης μηχανικών επιπτώσεων, ενώ παράλληλα προετοιμάζει συγκεκριμένα τους αποφοίτους για το εργατικό δυναμικό. Το 2021, το προσωπικό και το διδακτικό προσωπικό του Mortenson Center οδήγησαν μια ομάδα ειδικών από όλη τη Βόρεια Αμερική στη συγγραφή και δημοσίευση του A Body of Knowledge and Pedagogy for Global Engineers, που δημοσιεύτηκε στο International Journal for Service Learning in Engineering. Αυτή η δημοσίευση βασίστηκε στα 15 χρόνια ανάπτυξης προγραμμάτων σπουδών του Κέντρου για να πλαισιώσει την παγκόσμια μηχανική ως συμπλήρωμα της παγκόσμιας οικονομίας της υγείας και της ανάπτυξης, η οποία εξετάζει επίσης τις ιστορικές και σημερινές αιτίες της επίμονης φτώχειας και των συστημικών φραγμών στην ευημερία.
Το Mortenson Centre επηρεάζει και τα δύο την κατεύθυνση της παγκόσμιας εκπαίδευσης μηχανικών επιπτώσεων, ενώ παράλληλα προετοιμάζει συγκεκριμένα τους αποφοίτους για το εργατικό δυναμικό.
Τόσο τα διαδικτυακά όσο και τα προσωπικά προγράμματα πιστοποιητικών απαιτούν δύο μαθήματα: Το Global Development for Engineers εισάγει τους μαθητές στη βασική θεωρία, τη θεσμική αρχιτεκτονική και την πρακτική της διεθνούς ανάπτυξης. Μελετούν τα εμπόδια στη βιώσιμη ανάπτυξη και εντοπίζουν βασικές στρατηγικές και προσεγγίσεις για την επίλυση ορισμένων από τις πιο πιεστικές προκλήσεις του κόσμου. Και το Πρακτικό Πεδίου Παγκόσμιας Ανάπτυξης προκαλεί τους μαθητές να εφαρμόσουν τις συσσωρευμένες γνώσεις τους καθώς συμμετέχουν σε μια σημαντική εμπειρία που βασίζεται στο πεδίο. Στη συνέχεια, οι μαθητές επιλέγουν έναν τομέα εξειδίκευσης όπως η ανθρωπιστική βοήθεια, η διαχείριση έργων, η οικιακή ενέργεια, οι μέθοδοι πεδίου και το WASH.
Οι απόφοιτοι βρίσκουν συχνά θέσεις εργασίας μέσω των συνδέσεών τους στο Mortenson Center ή συνεργάζονται με τους συνεργάτες του κέντρου στον τομέα.
Είτε για νέους φοιτητές είτε για επαγγελματίες που θέλουν να αποκτήσουν δεξιότητες για να εισέλθουν στον τομέα της παγκόσμιας μηχανικής, το πρόγραμμα αναπτύσσει δεξιότητες στην ανάλυση δεδομένων, την αξιολόγηση επιπτώσεων και τη σκέψη συστημάτων για την προετοιμασία για θέσεις εργασίας στον πραγματικό κόσμο.
Η Goodroad λέει ότι οι απόφοιτοι βρίσκουν συχνά θέσεις εργασίας μέσω των συνδέσεών τους στο Mortenson Center ή συνεργάζονται με τους συνεργάτες του κέντρου στον τομέα. Ο ιστότοπος του προγράμματος περιλαμβάνει τους περισσότερους αποφοίτους του με τα προφίλ τους στο LinkedIn και έχει φιλοξενήσει εκδηλώσεις όπως πάνελ αποφοίτων για τρέχοντες φοιτητές. «Οι απόφοιτοί μας είναι εμπνευσμένοι και παθιασμένοι με τη δουλειά που κάνουν», λέει ο Goodroad. «Μας αρέσει να παρακολουθούμε τη συνεχή επιτυχία τους».