Personnes et lieux à Penn : Makerspaces

Jul 13, 2023

Campus & Communauté

Au 21e siècle, les universités ne se contentent pas d'enseigner aux étudiants le monde connu, elles les aident à naviguer vers l'horizon suivant. À quoi cela ressemble-t-il ? En plus des leçons sur le raisonnement critique, les compétences en communication et l'analyse, la meilleure façon d'enseigner la résolution de problèmes et l'autonomie est parfois de demander aux élèves de créer quelque chose de leurs propres mains.

Qu'il s'agisse d'un lieu hautement technique pour les ingénieurs qualifiés qui construisent des moteurs métalliques, comme le laboratoire d'usinage de précision, d'un lieu de brainstorming d'idées et de la façon de les mettre sur le marché comme le Venture Lab, ou d'un lieu à accès libre pour bricoler comme Education Commons, les makerspaces offrent un endroit pour jouer avec des outils électriques, faire exploser Metallica et enfoncer des robots les uns dans les autres. Essentiellement, c'est là que les étudiants peuvent comprendre les choses, échouer et réessayer. Et parfois balancer un marteau.

Un léger filet de fumée âcre s'échappe de la machine de découpe au laser à Education Commons. « Ne faites pas attention à l'odeur », dit Tex Kang, le coordinateur du programme numérique de technologie et de jeu. "C'est littéralement du chauffage au bois."

Suite à une série de commandes, la machine laser grave des découpes précises dans de fines tranches de bois. Dans sept jours, ces plaquettes de bois seront assemblées en robots de combat entièrement fonctionnels, capables de participer à une course d'obstacles, un match de football et une bataille à mort. (La mort, dans ce cas, fait référence à l'éclatement d'un ballon pour enfants.) Mais aujourd'hui, le bois n'est que du bois, l'un des nombreux kits de construction de robots offerts gratuitement aux étudiants, professeurs et employés de Penn par Kang et Christine Kemp d'Education Commons, un espace de création qui fait partie des bibliothèques Penn.

Situé dans une mezzanine au-dessus de Franklin Field, Education Commons est un espace rectangulaire avec des fenêtres à cadre en acier en forme de dôme donnant une sensation de lumière, d'espace et de vastes possibilités. Kemp et Kang sont là pour concrétiser ces possibilités. Ils aident la communauté Penn à naviguer dans les projets de classe et les exercices de renforcement d'équipe - et à gérer le stress scolaire - avec une machine de découpe laser, trois imprimantes 3D et une vision créative.

Ouvert à toute personne possédant une PennCard, Education Commons fait partie d'une initiative visant à rendre la haute technologie accessible, explique Kang. "Par exemple, la presse à imprimer était géniale. Maintenant, nous avons des machines numériques à la maison." Les temps ont changé et l'éducation change avec eux. "Les bibliothèques étant une source de richesse, de connaissances et d'accessibilité… nous prêtons de la technologie, des ordinateurs portables, des programmes, afin que les étudiants aient une éducation au-delà des livres ou des besoins académiques", dit-il.

Les imprimantes 3D sont une technologie open source, dit Kang. "Nous voulons le partager avec tout le monde et c'est un peu la philosophie derrière les makerspaces. Nous voulons l'accessibilité, nous voulons la liberté de commencer à construire. Nous ne voulons aucun obstacle, financier ou éducatif, car tout le monde peut s'y joindre."

En tant que tel, Education Commons peut aider un étudiant à concevoir un modèle physique d'un cerveau à l'aide du scanner CAT de cet étudiant (un projet réel) ou fournir un kit pour fabriquer des boucles d'oreilles en bois ou un modèle pour imprimer en 3D un médiator sur le thème de Minecraft.

Si quelqu'un est venu à Education Commons et était nerveux ou ne savait pas comment commencer, Kang dit qu'il lui demande ce qu'il aime. S'ils aiment Star Wars, il peut les aider à fabriquer un sabre laser. S'ils ont un chien, en 30 minutes, il peut les aider à créer une plaque d'identité NFC (communication en champ proche) avec les informations médicales, la pratique vétérinaire et la nourriture préférée du chien. "Je veux les amener à quelque chose qui les passionne, parce que c'est ce qui me motive, et j'imagine que c'est ce qui les motive", déclare Kang. "Ils seront plus motivés pour apprendre."

En avril, Education Commons a organisé deux événements makerspace "construisez votre propre robot" et une bataille finale avec une douzaine de bots. Kang a construit un parcours d'obstacles qui impliquait des véhicules robots faisant la course autour de cônes et à travers un champ de mines de balles de golf et de plastique ressemblant à de la glace pilée transparente et étincelante.

Sauf que maintenant les véhicules sont bloqués.

"Tex," dit Kemp, "je pense que ton parcours du combattant pourrait être..."

« Trop difficile ? Je peux ajuster la difficulté. Kang arrive et lève certains des obstacles intermédiaires. Une fois de plus, les véhicules foncent sur le parcours. Les spectateurs notent les modèles qui réussissent et ceux qui ont du mal, s'encouragent et s'encouragent les uns les autres.

"Oh", dit un étudiant. "C'est marrant."

Au rez-de-chaussée du bâtiment Towne se trouvent un groupe de makerspaces ou, comme les ingénieurs les appellent, des laboratoires. C'est le siège du génie mécanique et de la mécanique appliquée (MEAM), un département de l'École d'ingénierie et des sciences appliquées. Tous les laboratoires soutiennent les cours et la recherche des étudiants. Il y en a un avec les imprimantes 3D. Il y en a un avec des découpeuses laser et des imprimantes 3D. Il y a le Garage Lab et la bibliothèque d'outils, où les étudiants peuvent emprunter une scie à onglet ou une ponceuse orbitale.

Ensuite, il y a le Laboratoire d'usinage de précision (PML), avec quatre fraiseuses manuelles, cinq tours manuels, trois fraiseuses hybrides Prototrak, trois fraiseuses à commande numérique par ordinateur (CNC) et divers autres équipements de prototypage métallique à la nomenclature de plus en plus opaque. Il y a Metallica sur la stéréo. Il y a des copeaux de métal sur le sol en béton frotté. Il y a un accès très exclusif aux machines.

La seule façon d'entrer sans être un employé est de s'inscrire au MEAM 201, un cours pratique basé sur des projets conçu pour enseigner aux étudiants de deuxième année de premier cycle à concevoir et fabriquer des systèmes mécaniques. Les étudiants passent le semestre de printemps à construire leurs propres moteurs thermiques, en installant leur propre flash sur le système. Le jour de l'essai moteur, chaque machine est en marche, explique Peter Bruno, le coordinateur du laboratoire pédagogique, l'un des quatre ingénieurs en mécanique qui travaillent dans les laboratoires.

Le travail de Bruno, dit-il, consiste à "aider les étudiants à comprendre comment fabriquer les choses qu'ils veulent faire". L'idée est d'aider les élèves à découvrir le processus de fabrication de haut en bas en fabriquant leurs propres produits.

Il y a beaucoup de pièces mobiles, dit-il. On passe d'une conception conceptuelle à un produit réel et fabriqué. Ensuite, il y a le budget. Est-il possible d'utiliser des éléments d'étagère pour la fabrication ou tout doit-il être personnalisé ? "La façon dont vous spécifiez quelque chose change le montant que vous allez facturer", déclare Bruno.

De plus, la conception numérique est très différente de la conception physique, dit-il. "Les chiffres que vous mettez, la forme que vous créez, ce n'est pas la dernière chose", dit Bruno. Comme beaucoup d'ingénieurs, il a l'esprit d'un solutionneur de problèmes. "Lorsque vous fabriquez réellement un produit physique, vous devez être en mesure de savoir : à quoi cela ressemblera-t-il lorsque j'arriverai à la fin ? Comment cela va-t-il bouger ? À quoi cela va-t-il ressembler ? Tous ces éléments. Est-ce que ça va ressembler à ce que je veux ? Tout ce qui compte."

Tout au long de l'explication de Bruno, il y a des interjections affirmatives de Joe Valdez, l'un des deux techniciens en instrumentation du personnel qui a commencé à usiner il y a plus de quatre décennies en tant qu'apprenti au chantier naval de la Marine.

"Les étudiants adorent Joe. Il a beaucoup d'expérience et une attitude dynamique", déclare Bruno. Le sentiment est mutuel. Les étudiants, dit Valdez, sont la meilleure partie de son travail.

"Pour moi, c'est plus technique", explique Bruno. "Je suis dans le domaine de l'éducation parce que j'aime l'idée d'avoir quelqu'un, vous n'auriez jamais pensé que vous pourriez même faire ça, vous êtes prêt à en donner un coup de pied…"

"Et je suis plus un thérapeute", dit Valdez. "Essuyez les larmes."

Les larmes arrivent, dit-il. Il y a la charge de travail, il y a le stress général du collège et parfois des problèmes personnels, dit Valdez. Il est connu pour faire des conseils relationnels légers.

Ensuite, les étudiants stressent pour trouver des stages, dit Bruno. "Parfois, ils ont juste besoin que quelqu'un – pas leurs parents – leur dise, c'est dur, mais ça va aller."

"L'autre élément est, et il y a une tonne de recherches à ce sujet, que la fabrication est un avantage pour la santé mentale", déclare Bruno. "Comme, être réellement dedans, toucher les trucs, faire les choses."

Lorsque les élèves entrent dans la zone, ils perdent la notion du temps. "C'est très zen", dit-il. "Vous tournez les cadrans, vous obtenez vos numéros …"

"C'est thérapeutique", dit Valdez.

En arrière-plan, un étudiant en génie mécanique martèle une plaque de métal en place. "Et parfois, vous frappez des trucs avec un marteau", dit Bruno. "Ça fait du bien."

S'élevant au-dessus des rues 40th et Sansom avec des plaques de verre rectangulaires bleu-vert, Tangen Hall ne cache pas sa lumière sous les boisseaux. Construit en 2020, il s'agit d'un espace de 68 000 pieds carrés avec sept étages d'espace de travail commun et neuf laboratoires et studios. C'est la maison de Venture Lab, le centre d'entrepreneuriat de la Wharton School.

Il peut être facile de se sentir intimidé, mais Sebastián Jaramillo, le directeur des opérations, est là pour que les étudiants se sentent les bienvenus. Jaramillo, diplômé de 2010, est également un étudiant de première génération à faible revenu (FGLI). Né à Elizabeth, New Jersey, il a passé son enfance en Colombie et à Staten Island, New York et est maintenant passionné par l'idée de rendre Tangen Hall (ouvert du lundi au samedi, de 7 h à 21 h) accessible à tous les étudiants de Penn, qui, avec un abonnement gratuit, peuvent obtenir un accès supplémentaire après les heures de bureau, ainsi que 50 impressions 3D gratuites par semestre et des photos de tête gratuites.

Les étudiants peuvent également soumettre des candidatures pour des idées de projet ou postuler à des programmes dans l'un des quatre « parcours » de Venture Lab : Explorateurs, Fondateurs, Investisseurs ou Navigateurs. Vous n'avez pas besoin d'attendre cette idée d'un million de dollars pour développer des compétences, dit Jaramillo.

Jaramillo a fait ses armes dans l'industrie alimentaire, construisant des cuisines communautaires "partagées/fantômes" et démarrant une entreprise alimentaire. "Vous n'avez pas besoin d'être une licorne pour être un entrepreneur", dit-il. "Bien que parfois, tu as juste besoin d'un peu de temps pour le comprendre."

Il faut du temps, des ressources, du soutien et des encouragements, dit-il. La cuisine d'essai à elle seule, si elle avait existé lorsque Jaramillo était étudiant, "aurait rasé cinq ans de mon calendrier", dit-il. "Si j'avais été dans ce bâtiment et cette communauté, j'aurais beaucoup appris avant de lancer ma propre entreprise."

Les laboratoires de fabrication au premier étage de Tangen Hall sont orientés vers la création physique, dit Jaramillo, avec des étudiants qui fabriquent tout, des meubles aux haut-parleurs Bluetooth en passant par les balles anti-stress qui ressemblent (et sentent) au pan dulce, la pâtisserie mexicaine.

Kausi Raman, étudiante en deuxième année de maîtrise dans le programme de conception de produits intégrés à Penn Engineering, a utilisé le laboratoire de fabrication pour développer « un outil électrique sans danger pour les enfants », dit-elle.

L'idée est née de conversations que Raman et son co-fondateur, Max Liechty, ont eues avec des éducateurs. Ils voulaient enseigner le design aux enfants. Mais les enfants étaient frustrés de travailler avec du carton, leur matériau de conception. Il était volumineux et difficile à manipuler avec des ciseaux souvent émoussés, se déchirant ou se pliant facilement.

Le modèle de Raman et Liechty est un carré vert et bleu, imprimé sur une machine 3D. Ils ont construit environ 10 prototypes au cours de la dernière année. Il coupe des courbes et des lignes sans soudure dans du carton ondulé, sans lames ni arêtes vives.

Il est impossible de coller ne serait-ce qu'un petit doigt à travers la protection anti-perforation, et le sous-produit est de minuscules petits demi-cercles de carton. "Comment ça marche, c'est un peu comme un coup de poing très rapide", dit Raman.

Lorsqu'elle obtiendra son diplôme en mai, Raman deviendra la première designer en résidence de Tangen Hall. Elle aidera les élèves dans leurs projets et continuera à travailler seule, ce qui, espère-t-elle, deviendra largement accessible aux élèves du primaire.

Le deuxième étage abrite le Food Innovation Lab, une cuisine d'essai avec de larges portes de style garage ouvertes pour révéler des surfaces en acier inoxydable étincelantes. Ici, Jessica Ramses, également dans le programme Integrated Product Design, travaille sur des craquelins et un nouveau type de pâtes, faites à partir d'un ancien grain méditerranéen.

Comparé aux pâtes à base de farine blanche, cet ingrédient mystérieux contient 40 % de calories en moins, 60 % de glucides en moins, 50 % de protéines en plus et deux fois plus de fibres, selon Ramses. Il cuit en trois minutes. Aussi? Il a un goût incroyablement délicieux, à la fois fromage et noisette, sans contenir ni fromage ni noix.

"Tout le monde a continué à le manger sec", dit Ramsès. "Nous étions tellement confus. Les pâtes avaient bon goût, mais la première chose que les gens ont faite a été de manger des pâtes sèches. Nous avons donc pensé aujourd'hui, nous allons en fait essayer de faire un craquelin sans noix en utilisant le même processus de récolte et voir si cela a bon goût, car c'est une voie d'expansion potentielle pour nous. "

Elle espère que son produit perturbera l'industrie. "Les pâtes sont quelque chose qui me passionne parce que ce sont des aliments réconfortants. C'est un repas, et les gens en consomment beaucoup. C'est facile. Et si nous pouvons faire des pâtes, mais les rendre vraiment saines, alors je pense que les niveaux d'impact seront énormes", déclare Ramses.

Tangen Hall a été conçu avec la prémisse de créer un espace de zéro à 100 pour l'entrepreneuriat, dit Jaramillo. Le personnel travaille avec les étudiants sur le développement de produits ou de recettes, le coût, la stratégie de marché, l'emballage, la conception, les questions juridiques, les licences, tout, des écrous et boulons aux touches finales.

Gérer Tangen Hall, c'est comme s'occuper d'une usine, dit Jaramillo. "En tant qu'organisation, nous sommes vraiment bien placés pour aider ces idées à germer et à prospérer. Et je pense que cela commence par une atmosphère accueillante."