De professoren van de afdeling Werktuigbouwkunde en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek werken aan alles van robotica tot zonnecellen tot nanotechnologie. Hier is een blik op een aantal van de innovatieve onderzoeken waar ze pioniers in zijn!
Eén professor reist naar de verste uithoeken van de Stille Oceaan om snel zwemmende vissen te vangen, een ander bestudeert de uitzaaiingen van kankercellen en weer een ander maakt prachtige kunstwerken om tentoon te stellen. Deze professoren lijken misschien uit verschillende vakgebieden te komen, maar ze doen allemaal onderzoek aan de School of Mechanical and Aerospace Engineering. In dit artikel wil ik je graag laten kennismaken met wat ik weet over werktuigbouwkunde als bachelorstudent. De afdeling Werktuigbouwkunde en Luchtvaarttechniek is verdeeld in twee hoofdvakken: werktuigbouwkunde en luchtvaartkunde, maar aangezien ik een werktuigbouwkundige hoofdvak heb, beperk ik mijn introductie tot de werktuigbouwkundige hoofdvakken.
Eerst introduceer ik het vierjarige bachelorprogramma van de hoofdvak werktuigbouwkunde. In het eerste jaar leer je de basisvakken die nodig zijn voor de major, waaronder wiskunde en natuurkunde, en volg je twee grote vakken: mechanisch tekenen en creatief technisch ontwerpen. Bij Mechanical Drafting leer je de tekenvaardigheden die nodig zijn om producten te ontwerpen en leer je basiscomputerondersteund ontwerpen. Bij creatief technisch ontwerp werk je aan een project om een eenvoudige robot te bouwen, waarmee je een voorproefje krijgt van het proces van het maken van een product. De basiskennis die in deze cursussen wordt opgedaan, is een essentiële basis voor verdere studie en onderzoek.
In je tweede jaar leer je over de vier krachten die de theoretische basis vormen van de werktuigbouwkunde. Dit zijn vaste mechanica, thermodynamica, dynamica en vloeistofmechanica, en we zullen ze allemaal kort uitleggen. Vaste mechanica is de studie van de vraag of een vast voorwerp in rust een kracht kan weerstaan en hoe sterk het daarvoor moet zijn. Thermodynamica is de studie van de omzetting van verschillende vormen van energie, zoals warmte en elektriciteit, en het gebruik van die energie. Kinematica is de studie van hoe een vast voorwerp zal bewegen wanneer er een kracht op wordt uitgeoefend, en vloeistofmechanica is de studie van hoe een vloeistof of gas zal bewegen wanneer er een kracht op wordt uitgeoefend.
In het derde jaar bouwen studenten voort op de theoretische basis die in het eerste en tweede jaar is gelegd door een aantal gespecialiseerde cursussen te volgen, waaronder Inleiding tot robotica, warmteoverdracht en productieprocessen. Om je een idee te geven van de onderwerpen, leer je bij de inleidende robotica wat wiskunde, zodat je kunt bepalen of de ontworpen robot het gewenste gedrag kan uitvoeren en welke input hij daarvoor nodig heeft. In Heat Transfer leer je hoeveel warmte er wordt overgedragen en wat de temperatuurverdeling is wanneer een object wordt blootgesteld aan hitte. In Productieprocessen leer je meer over het daadwerkelijke productieproces van een product, waardoor je een goed beeld krijgt van hoe producten worden gemaakt. Je ervaart ook uit de eerste hand wat je in theorie hebt geleerd door middel van experimenten. Leren in deze fase is gericht op het ontwikkelen van probleemoplossende vaardigheden in de echte wereld, in plaats van alleen op het verwerven van kennis.
In je vierde jaar verdiep je je studie, mobiliseer je de opgedane kennis en doe je verder onderzoek om je bachelorscriptie te schrijven. Het scriptieproces helpt studenten bij het ontwikkelen van onafhankelijke onderzoeksvaardigheden en geeft hen de mogelijkheid om een verscheidenheid aan vaardigheden te verwerven die nodig zijn in een echte onderzoeksomgeving.
Afgestudeerd onderzoek is gecategoriseerd in zes hoofdgebieden: mechanica, dynamica en controle, productie en ontwerp, thermische techniek, vloeistoftechniek en nano/bio. Het vakgebied mechanica is gerelateerd aan vaste mechanica en omvat de studie van hoe je een product lichter en sterker kunt maken door middel van verschillende methoden van mechanische analyse. Een voorbeeld is de studie van hoe je een fiets van dezelfde grootte lichter en sterker kunt maken. Op het gebied van dynamica en controle bestuderen we bewegende producten, die vaak auto's en robots zijn. Specifiek bestuderen onderzoekers hoe het rijcomfort van auto's, botsingsvermijdingssystemen voor auto's, etc. verbeterd kunnen worden.
Op het gebied van productie/ontwerp gebruiken onderzoekers computerprogramma's om creatieve producten te ontwerpen en het productieproces ervan te bestuderen. Ze ontwerpen bijvoorbeeld robots die nog nooit eerder hebben bestaan, zoals het bouwen van schoonmaakrobots voor buiten en huishoudelijke dienstrobots. Het vakgebied thermische techniek richt zich op motoren, airconditioners en verwarmingen, en doet ook onderzoek naar zonnecellen en brandstofcellen om het gebruik van fossiele brandstoffen te verminderen. Vloeistoftechniek bestudeert de vloeistofstroom in motoren en werkt ook op oppervlakken die de weerstand kunnen verminderen tijdens reizen in de lucht of het water. Een voorbeeld is hoe een zwempak voor het hele lichaam moet worden gemaakt om de weerstand in water te verminderen.
Ten slotte is nano/bio een vakgebied dat zich bezighoudt met zeer kleine schaalgroottes, en we bestuderen veel over de fabricage van kleine structuren. Bijvoorbeeld door de microscopische structuur van een lotusbloemblaadje na te bootsen om een oppervlak te creëren waar waterdruppels van af kunnen rollen zonder te blijven plakken, of door microscopisch kleine naalden te maken die bloed kunnen trekken zonder een wond te veroorzaken.
Dit is een zeer breed scala aan onderzoek binnen één hoofdvak, werktuigbouwkunde. Zoals u kunt zien aan de diversiteit van het onderzoek, vereisen veel industriële gebieden werktuigbouwkunde. Dit is logisch als u nadenkt over het proces van hoe een product in de industrie wordt geproduceerd. Het conceptuele ontwerp, de mechanische analyse, het gedetailleerde ontwerp en de productiemethoden maken allemaal deel uit van werktuigbouwkunde. Met andere woorden, werktuigbouwkunde is het raamwerk voor het productieproces van elk product van begin tot eind. Als zodanig is werktuigbouwkunde door de eeuwen heen een belangrijke discipline gebleven. Bovendien onderzoeken en ontwikkelen werktuigbouwkundigen voortdurend nieuwe technologieën en methoden om duurzame ontwikkeling te garanderen. Werktuigbouwkunde zal in de toekomst belangrijk blijven en zal de weg wijzen door middel van verschillende onderzoeken en innovaties.
