世界上最炫酷的大學實驗室

　　【摘要】也許人們對實驗室的印象還停留在顯微鏡、培養皿、穿著整潔白大褂的怪博士上，而有些地方卻未必如此。除了拋射物體外，風科學與工程研究中心碎片撞擊測試實驗室的學生也親身投入到真正的龍卷風和颶風中。
　 　【正文】在這里，學生可以學習如何爆破建筑物，設計煙花，從石場壁上平滑地炸掉片石，在搖滾音樂會上燃放煙火，并為電影施放火焰特技。該課程的篩選過程 嚴格程度可以與美國中央情報局媲美。考生必須提交一份詳盡的背景審查材料，非美國公民可能還要通過煙酒火器局審查。密蘇里科技大學還設有炸藥工程的科學碩 士學位，是美國該類別的首個正式課程。科學碩士的課程包括從聚能裝藥、能夠在金屬上切割或打孔小型精密炸彈，到軍事中的爆炸緩和技術，再到為了更好地采礦 而改變地震。

　 　整個夏天，有風暴經過時，雷電實驗室的研究人員和學生24小時全天候工作，以觸發雷電。一條細導線連接到火箭上作為一個導火索，誘發雷電通過所謂的等離 子體通道到達接地的金屬發射臺。該實驗室的傳感器網絡幫助解決有關雷電的奧秘：例如每次雷擊的獨特電磁場的成因，或者一次直擊將如何影響地下電纜。但觸發 雷電并不像想象的那么容易。實驗室共同主任弗拉基米爾·拉科夫（VladimirRakov）說，每個夏天，如果學生們能觸發40次雷擊就算幸運的了，而 其中多次觸發成功可能是在同一風暴期間。五年前，雷電實驗室的學生們協助作出了10年間的最大發現之一：大多數雷電都釋放出X射線。今天，學生們仍在試圖 弄清楚其成因，通過建立新的X射線傳感器網絡。

　 　在美國國家碰撞分析中心，每個學習運輸安全研究生課程的學生將得到一輛汽車，以及一張拆卸說明書，教你如何將車子拆得支離破碎。然后，學生在計算機中重 建車輛模型，并一次又一次地撞毀它。學生也協助進行真正的碰撞測試。該實驗室與汽車制造商以及運輸部合作，以確定汽車和路邊設施（如路燈桿，柵欄和標志 牌）的安全標準。現在的課程對準的是高速公路最近面臨的一個問題：數量龐大的越野車，小型貨車和其他小型卡車。學生們試圖解答這個問題，公路柵欄這樣的路 邊設施是否應該隨著可能會撞向它們的車輛的大小而改變。

　 　每年，20名航空和機械工程專業的學生可以用8個月時間來設計，建造，和試飛火箭，到5280英尺的。飛行高度可達1609米。業余愛好者的火箭，飛行 高度通常低于304米（并且需要獲得美國聯邦航空局的許可）。去年的學生建造了約16公斤重，約2.6米長的碳纖維火箭，搭載有先進的數據收集系統。火箭 的整流罩內裝有一個攝像頭和航空電子設備，來記錄火箭的飛行路徑和其他資料；在尾端，裝有溫度和壓力傳感器。學生可以拿火箭參與美國航天局贊助的學生火箭 發射競爭，并提交一份報告給航天局的科學家和工程師，就像一個公司競標一份合同一樣。雖然這次報告只是一個學術活動，一些火箭團隊的校友留下來繼續為 NASA工作。美國航天局的馬歇爾太空飛行中心和阿拉巴馬大學亨茨維爾分校就在一條街上。“在這里，學生整天玩火，擺弄炸藥，”工程教授莫澤說。“沒有比 這更讓人羨慕的了。”

　 　今年道森實驗室的研究生和博士后的課程表有點像延長的春假，包括水肺潛水、浮潛和速劃，到諸如墨西哥灣、加州海岸和帛琉群島之類的海域。但他們的工作卻 非同小可，試圖解開進化生物學家邁克爾·道森（MichaelDawson）稱之為“海洋的黑暗能量”的奧秘。該實驗室也正是以這位科學家而命名。道森和 他的門生們希望能解開世界海洋的一個最令人費解的問題：他們的能量是從哪里來的。海洋混合，是湍流和海流重新分配熱量，使氮、碳和其他元素從一個水體到另 一個水體的過程。但是，科學家們已經完成的計算，與海洋混合的程度相比較，發現海洋一定還從一些不明來源獲得了額外的能量。一個可能的來源是水母。在群體 里，小動
　　
物 的動作也有可能會產生嚴重的影響。帛琉群島的水母湖，約15,000年前被隔開的一個4.85公頃的內陸海，現在是百萬計的水母群的棲息地，這里是檢驗該 理論的完美實驗室。如果動物在這里造成的湍流具有足夠強的混合效果，那么在海洋中有可能發揮了同等效力。去年，道森的團隊和加州理工學院的合作者，由美國 國家科學基金會資助，首次提出了水母群湍流和海洋能源之間的聯系。每月，學生花費6至10小時在水中，在水母群每日兩次的跨湖遷移之時，游弋在近旁，測量 微小漩渦的速度。它是世界上少數幾個研究人員可以如此接近整群水母的區域之一。

　 　除了拋射物體外，風科學與工程研究中心碎片撞擊測試實驗室的學生也親身投入到真正的龍卷風和颶風中。颶風來襲之前，德州理工的學生在現場建立一個流動研 究中心，進行幾十項測量，包括風速和風暴眼的強度。他們的儀器是風暴中唯一能保持完好無損的，現在風科學與工程研究中心擁有唯一一份卡特里娜颶風登陸時風 暴眼強度的完整記錄。基于實驗室測試和風暴期間及之后的災難現場數據，該中心還建立了更準確的龍卷風技術測定方法，稱為增強的藤田級數 （EnhancedF-Scale）。它反映了最近的發現，低速風造成的破壞比之前預想的要大。當學生不沉浸在毀滅性的颶風中時，他們設想如何使風力發電 效率更高或設計能更好地抵御颶風的房屋。

　 　就像科羅拉多州立大學博士后薩欽·喬希（SachinJoshi）所說的，沒有爬進去過，你就不算真正見過發動機。在發動機和能量轉換實驗室，學生對兩 層樓高的工業用發動機進行改造。其中最大的一臺是2沖程，440馬力的燃燒發動機，通常用于壓縮并推動天然氣通過地下管道。在實驗室17年的歷史中，它單 為這一類型的發動機開發的技術（包括現在普遍使用的燃油噴射系統）實現的氮氧化物減排量，就等于高速公路上的1.20億臺現代汽車的排放量。喬希和他的學 生現正研究一臺17噸卡特彼勒（CAT）天然氣發電機，可以提供足夠1200戶家庭的電力需求。公用事業要將一臺1.8兆瓦的機器接到城市電網上（節省在 運輸途中消耗的能量），所以他們需要清潔運行。卡特彼勒捐贈了一臺給發動機和能量轉換實驗室。該小組已建立了一個點火系統，將一束激光通過光纖纜送往光學 火花塞。它的燃料燃燒效率比儲能型點火系統更高，而氮氧化物排放量較少。

　 　平均有20位學生爭取1個志愿者的名額，以求在世界上最活躍的火山工作和生活。一次最多有8個學生住宿在國家公園的小屋中，在破曉前起床，徒步進入廢 墟，繪制可能很快會滲出熔巖的地區的地圖。這項工作的意義在于幫助研究人員測量了一些極其劇烈的地下行動，包括由地下巖漿流造成的地形隆起以及熔巖**造 成的地震活動。主管科學家吉姆·卡西卡瓦（JimKauahikaua）說，對于很多學生來說，這是他們第一次的火山工作經驗，這種經歷將改變他們的生 活。”

　 　盧克·施米克（LukeSchmick）已經有一個相當酷的工作，那就是教宇航員如何操作航天飛機。什么能比這個還酷？“從零開始設計一架航天器，”參 加過世界上唯一的太空建筑研究生學位課程的5名學生之一，今年24歲的兼職工程師說。總有一天，會有能帶我們飛上太空的飛行器，然后隨之而來的是，我們將 需要在行星外生活和工作，這就是在NASA及其承辦商的委托下，世川國際太空建筑研究中心的學生要設計的內容。“與地面建筑相比，這項設計工作需要更多的 工程技術訣竅，”NASA的月球居住系統的主管和世川國際太空建筑研究中心的校友，拉里·圖普斯（LarryToups）解釋說。“比如，學生必須了解和 因數化六分之一重力在人體工程學上的影響，”他說。另一個挑戰是保護船員免受太空強輻射的影響。學生為地球軌道設計了一個可擴展的充氣實驗室。他們為火星 常設基地的所有組成部分建造了模型（一部分數字，一部分物理）——包括居住艙、研究實驗室、水耕花園，甚至是地面探測車輛。

　　今年秋季，學生將進入零下27攝氏度的實驗室，對深凍的物體進行研究。其中一個項目，是觀察南極3.2公里之下取出的25萬年之久的冰芯中的生命。其他的研究項目包括：冬季保持道路無冰的最佳方式；雪的移動過程，以更好地預測雪崩。

　　威斯康星州國家靈長類動物研究中心擁有1300只獼猴，該中心的目的是觀察猴子，進行生物醫學研究，并且在生物醫學和動物行為學領域都取得了突破，如社會行為和老化，以及艾滋病和帕金森癥研究。學生協助干細胞科學家對人類和猴子胚胎細胞進行研究。

　 　實驗室的主要目標是為36米長的屏幕設計交互式視頻。在該實驗室里，學生為36米長，高解析度的屏幕設計交互式視頻，該屏幕位于建筑師法蘭克·蓋瑞 （FrankGehry）設計的紐約InterActiveCorp大樓里，通常用于展示藝術和廣告。一個學生項目利用蜜蜂蜂擁至鮮花的動畫，將復雜的股 市數據形象化。

　 　為完成這個18個學分的輔修課，科羅拉多礦業學院學生學習的課程，主要是接受人道主義工程的挑戰，包括地下水地圖和可持續能源系統。該計劃開設的部分原 因是回應業界對有文化意識的工程師的需求。大四期間，他們有機會參與海外或國內的人道主義設計項目，比如在美國印第安人居留地。最近的一個項目找到了一種 在厄瓜多爾農村產生電力的方法，利用村民可制造及保養的部件。另一個小組開發了一種在加納使用的移動自行車泵，幫助農民獲得灌溉用水。

　 　該實驗室的學習方向是為尼泊爾早產兒開發低成本的保育箱。在進軍尼泊爾、印度和緬甸之前，學生們開展研討會，討論包括焊接、塑料和金屬成形、縫紉以及財 政等問題，以確定一個本地化的問題，并找出工程解決方案。以2007年學生團隊設計的嬰兒保育箱為例。這主要針對每年在邊遠地區出生的2000萬早產和低 出生體重嬰兒，其價格僅為25美元（標準醫院保育箱成本2萬美元）。現在這家名為“Embrace”（含義為“擁抱”）的副產品公司生產的這種保育箱，看 起來像一個睡袋，但包含一個密封袋，其中用無需使用電源或運動部件能夠調節體溫的材料填充。另一家公司，D.light設計公司的前身是2006年的一個 學生團隊，正致力于向缺乏電力供應的全球16億人推廣LED燈具，以替代有污染的煤油燈。

　　該課程利用了搜尋地外文明家庭計劃（SETI@home），這是一個由數以百萬計的普通個人電腦通過網絡連接成的超級電腦。它分析從射電望遠鏡得到的數據，從中搜尋智慧生命的信號。伯克利分校地外智慧生命搜尋實驗室的學生幫助改善搜索算法和完善連接所有電腦的軟件。

　 　學生穿上宇航服，在中性浮力水槽中對新一代宇航服或空間和深海機器人進行低重力或零重力測試。馬里蘭大學15米直徑，36.7萬加侖的水槽是全美僅有的 兩個試驗設備之一，在大學里是僅有的一個。畢業的學生們繼續相關的工作，為國際空間站和卡西尼和麥哲倫行星探測器等服務。

　 　研究方向是：向傳染病專家學習傳染病病原體美國全國新發傳染性疾病實驗室是波士頓大學的新設施，達到4級生物安全水平，于今年開放，是少數可以對埃博拉 及天花等傳染性殺手進行研究的實驗室之一。本科生也可以在最先進的實驗室中進行病原體研究，向世界上優秀的傳染病學家學習。

　 　在北卡羅萊納州洛基山發現了埃奇庫姆連環殺手的第六個受害者門牙骨骼的幾個月后，法醫人類學家安·羅斯（AnnRoss）和她的一個學生把焦點放在了一 顆門牙上。從它所得到的信息是其他研究無法取代的：第一手數據。當接到新的案件后，學生幫助羅斯恢復骨骼和收集數據，他們考慮的因素包括保存條件，如在凍 結的池塘，或暴露在陽光下，所有這些都可以幫助確定死亡時間。學生的工作大部分，包括本科生，是分析身份不明的遺骸以建立所謂的生物學特征。要建立祖系， 他們使用羅斯參與開發的三維軟件查看面部結構或映射頭骨。“這是讓學生們感興趣的神秘之處，”羅斯說。“但我認為是那些再也不能保護自己的人們的聲音讓他 們留下來的。”

　 　大學本科生杰姬·圖勒（JackieTroller）計劃將明年夏天大部分時間花在一艘有幾世紀舊的沉船上。她將在離大島西部海岸914米的皮艇上扎 營，到毛伊島潛水，探訪一艘在1917年觸礁的汽船的遺骸。這是海洋選擇課程的苦差事之一。海洋選擇課程聽起來就像地中海俱樂部的旅行計劃：浮潛、潛水、 劃船、觀鳥，甚至為大海作畫。所有專業的本科生可申請16學分的課程，這項實地訓練相當于一門輔修課。海洋選擇課程為學生準備好了任何海底探險項目；高年 級的克里斯蒂安·克拉克（ChristianClark）現在為學校的鯊魚實驗室安裝水下設備。“工作時，會有30到40條鯊魚在你身邊游來游去，”克拉 克說。像許多校友一樣，他希望成為一名科學潛水員。

　 　賓夕法尼亞州立大學的課程關注的不僅僅是產品，而且包括創造的就業機會。目前在肯尼亞的一個項目中，學生與社區居民一起工作，用當地農作物制作生物柴 油，并使用該燃料，來驅動低成本便攜式發電機（也由這個項目設計），以為該村生產電力。剩余的燃料將出售給外部市場，為該社區提供一個穩定的收入來源。

　 　現在一個汽車工業的學位似乎不那么熱門了，但創新研究學院是從現代到菲亞特等汽車公司，資助項目以實現他們最具前瞻性的概念設計的地方。它也比其他機構 聚集了更多汽車行業的設計師；校友包括豐田、通用、日產和奔馳的設計部門主管。去年，現代用未來綠色汽車挑戰前輩時，陳董（音）特別設計了一臺野心勃勃的 汽車：帶風力渦輪的空氣動力學氫燃料汽車。一個氫燃料電池為4個獨立的樞紐式電動馬達供電，由風力渦輪轉動時帶起的空氣冷卻。“該涼越好，”陳說。“可以 散熱延長壽命，提高效率。”陳采用3D建模方案展示他的概念車，但是學生往往還是用建造等比例原型的方式。今年，學校新設了一個運輸設計碩士學位，是美國 少數的幾家之一，并且將結合設計商業課程。

　 　在勞拉克勞福特大廈，一個5295平方米的公元前10世紀堡壘的三維虛擬現實模型被投影在五邊形的空間中。StarCAVE是世界上最先進的虛擬現實空 間，有34個***度投影儀在用戶周遭投影圖像，讓人完全沉浸虛擬環境里。使用手持式控制器，可步行通過建筑物，旋轉工藝品，或從模型上空來次鳥瞰飛行。 學生每次花費1個月的時間調查和記錄約旦真實現場的立體數據。在圣迭戈，他們利用這些數據建立整個要塞的虛擬模型。“這座巨大的堡壘的用途是什么，還是一 個未解之謎，”研究生凱爾·納布（KyleKnabb）解釋說。“我們希望能在CAVE里發現答案。”

　 　占地40平方公里的含能材料研究與測試中心坐落在沙漠荒野的無人區，如此偏遠的好處時，一天之內可以進行幾十次爆炸物測試。該中心建立于第二次世界大戰 初期，是該國最重要的炸藥研究實驗室之一，擁有一切必備的設施，從地雷嗅探機器人訓練場地，到供學生炸毀汽車、坦克和建筑物的區域。典型的實驗室包括將數 千磅的硝酸銨包裹在碳容器周圍以制造工業鉆石，或研究暴露在真實的爆炸中時，建筑物和物質的安全性。學生參與到研究的各個方面中，包括實施爆破，分析數 據，以及構想新的測試方案。

　　在2003年，猶他州州立大學在世界上首次克隆了雜交動物——一頭騾子，騾子是馬和驢的后代，通常無法生育。該研究最終催生了商業馬克隆實驗室。現在的學生和教師每周制造多達600個克隆胚胎，主要用于遺傳學研究。

　　每年夏季，本科生加入到諾貝爾獎獲獎科學家的工作中來，將電子送到世界上最長的線性加速器中，以接近10.8億公里的時速，產生超強的X射線。這些X射線束被用來創建單個分子的三維圖像。

　 　大學是個游樂場么？如果有幸成為麻省理工學院最熱門的新生選修課程的90名幸運生之一，大學也能變成兒童游樂場。每年春天，15個6人團隊拿到一個主題 和750美元贊助，設計和制造玩具或游戲的原型。過去的發明包括一個輪子的電動滑板和未來派的標簽游戲。成型車間可供學生任意使用，創造幾乎任何東西。一 天結束時，試玩決定成敗。整個學期，團隊都要提交原型以供孩子們試玩，他們的反應比任何成績都能說明事情。“我明白了一點，”高年級的邁克爾·斯尼夫利 （MichaelSnively）說道，“你永遠無法預測孩子會用你的玩具做什么。”

　 　觀察樹懶的睡眠聽起來是件無趣的差事，但在熱帶雨林的20層樓高空做這件事“將改變你的生活”，新研究生和生物學家布賴森·沃林 （BrysonVoirin）說。世界上一半以上的陸地物種生活在樹上，其中許多從來沒有接觸地面。不幸的是，大多數科學家從來沒有離開地面，樹冠攀爬的 先驅和生態學家梅格·洛曼（MegLowman）說，這也就解釋了為什么科學家已經有記錄在案的林冠不到2%。佛羅里達州新學院的學生從大學一年級就開始 攀爬薩拉索塔的亞熱帶樹木。學生學習進行生物多樣性調查或放射性標記動物。沃林，本科時曾在巴拿馬追蹤樹懶，現在為馬克斯普朗克鳥類研究所收集數據，有助 于解開人類睡眠的奧秘。

　　卡內基梅隆大學是機器人學的麥加圣地，這里29年來一直是機器人制造商的大本營。這是第一所授予機器人博士學位的大學，它現在為本科生提供了一門輔修課，裝配水上行走迷你機器人或制造自動SUV參加DARPA城市挑戰賽，去年卡耐基梅隆大學一舉奪魁。
　 　如果你想進入海柔·巴頓（HazelBarton）的課程名單，并最后成為16個幸運的本科生之一。你最好喜歡狹窄空間、高空、黑暗、蝙蝠和被弄得臟兮 兮——這一切僅僅是為了得到細菌。和其他學校整天擺弄顯微鏡和培養皿的微生物學專業不一樣，巴頓實驗室學生的學習場所在極端微生物茁壯成長的地方：洞穴。 大多數巴頓的學生在離家較近的洞穴，測量地下水污染和研究微生物及洞穴結構之間的聯系。但是，在NASA的協助下，有一些學生隨著巴頓對這個星球上最長的 石英巖洞穴進行探索，這是一個罕見的16公里長，由粉紅色和琥珀色砂巖組成的迷宮，位于委內瑞拉的洛力莫高原。研究人員認為洞穴中盛產的微生物，可能為我 們了解火星上生物的生活方式提供線索。大多數洞穴由石灰石形成，這是一種碳酸鹽巖。但洛力莫高原的巖石，主要成分是硅酸鹽，與火星上發現的巖石相同。該小 組收集氮入氨出微生物和其他居住在洞穴壁上的奇怪生物。回到實驗室里，學生將在不同的條件下觀察細菌的行為，并收集信息，以協助NASA尋找外星生命的研 究。