El programa de pasantías impulsa mentes y misiones

Nov 09, 2023

Por Vince Robbins

Una colaboración bicostera y de múltiples niveles trae Ph.D. Estudiantes en prácticas en JPL para tener una oportunidad única de trabajar en tecnología de baterías de vanguardia.

Los últimos seis meses, los pasantes Loleth Robinson y Jonah Wang pasaron sus días en el Laboratorio de Electroquímica del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, probando y analizando nuevas celdas de almacenamiento de energía que están ampliando las fronteras de la tecnología de baterías para misiones espaciales.

Es el tipo de trabajo que hay que realizar con las manos: mezclar productos químicos, ensamblar carcasas de celdas, retocar el cableado, realizar ciclos de baterías.

No puedes aprender esto en un salón de clases. En JPL, puedes hacerlo.

Los guantes salen de una "guantera" donde se fabrican los electrolitos de la batería. Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech | + Ampliar imagen

El laboratorio recibe a los visitantes con las manos: cuatro guantes de goma inflados hasta los brazos se extienden como para agarrar algo. Estos guantes, del revés y listos para ser colocados en brazos humanos, están conectados a una “caja de guantes”, una vitrina llena de lo que parecen frascos de productos farmacéuticos y los botes metálicos de productos químicos de un científico loco de dibujos animados.

Es todo muy analógico, incluso retro.

Más allá de las guanteras, una sinuosa maraña de cables cae en cascada sobre el borde de un escritorio, serpenteando entre prototipos de celdas de batería y un potenciostato, un dispositivo electrónico que mide la corriente y el voltaje que circulan a través de las baterías. A medida que la electricidad zumba a través de esta red de hardware, los datos ingresan a una serie de computadoras, llenando hojas de cálculo que esperan ser analizadas.

Para Robinson y Wang, ambos Ph.D. estudiantes del City College de Nueva York, que estudian ingeniería química con especialización en el desarrollo de tecnologías avanzadas de baterías para el espacio: conseguir este equipo en un laboratorio de la NASA es lo mejor que hay.

"No creo que hubiera podido tener una mejor oportunidad en ningún otro lugar, trabajando con científicos brillantes", dice Wang.

Wang conecta celdas de batería a una máquina potenciastato para realizar ciclos y recopilar datos. Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech | + Ampliar imagen

Esa oportunidad de pasantía fue producto de una colaboración que abarca 3000 millas y tres organizaciones: JPL, CCNY y el programa MIRO de la NASA.

Desde su inicio, este programa colaborativo de pasantías entre JPL, MIRO y el Centro de Baterías Avanzadas para el Espacio de CCNY, ahora en su tercer año, buscó reunir doctores altamente capacitados. estudiantes al JPL para poner sus mentes a trabajar resolviendo problemas que son importantes para las misiones y proyectos reales del JPL.

"Realmente quería asegurarme de que los estudiantes tuvieran la oportunidad de contribuir a algo significativo", dice el mentor de JPL de los pasantes, John-Paul Jones, quien ayudó a desarrollar el programa de pasantías JPL-MIRO-CCNY. Jones es tecnólogo de baterías en el Grupo de Investigación, Tecnología e Ingeniería Electroquímica. También es el ingeniero responsable que facilita el desarrollo de baterías para dos proyectos: un módulo de aterrizaje diseñado para recuperar muestras de Marte y un sistema de robots autoguiados conocido como CADRE. "Por eso hemos tratado de asegurarnos de que sus proyectos se alineen con algo relacionado con la misión".

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Robinson y Wang se centran en los conceptos de las misiones Europa Lander y Venus Aerobot: construir baterías, realizar pruebas, analizar datos y reunirse con sus colegas del JPL para presentar y defender su trabajo.

"Están justo en medio de la investigación de baterías de vanguardia", dice Will West, supervisor del grupo de Investigación, Tecnología e Ingeniería Electroquímica, que supervisa el trabajo de los pasantes con Jones. “En estos proyectos se les trata igual que a los demás miembros del equipo. Están haciendo experimentos, generando datos e interpretándolos como lo haría un científico. Es importante destacar que deben presentar y defender su trabajo ante los miembros del equipo del JPL. Al hacerlo, fortalecen su rigor científico y sus habilidades comunicativas”.

Si bien las tecnologías de baterías actuales, principalmente basadas en litio, han avanzado significativamente en eficiencia y rendimiento en las últimas décadas, enfrentan ciertas limitaciones, incluida la escasez de recursos, preocupaciones de seguridad y limitaciones de rendimiento. Las baterías que Robinson y Wang están investigando y probando podrían allanar el camino para tecnologías mejoradas de almacenamiento de energía que sean más robustas en condiciones espaciales extremas, así como más seguras y duraderas incluso aquí en la Tierra, con aplicaciones potenciales que van desde vehículos eléctricos hasta almacenamiento de energía a escala de red.

¿Y cómo es realmente construir y probar baterías?

Primero, los estudiantes sintetizan mezclas de productos químicos en la guantera para fabricar un nuevo electrolito de batería. (Un electrolito es la solución dentro de una batería que transfiere iones entre los terminales positivo y negativo). Luego construyen la celda de la batería usando pequeñas carcasas metálicas que se parecen a la batería que puede encontrar en su reloj de pulsera. Todo esto tiene lugar dentro de la guantera y una cámara de vacío para evitar la exposición de productos químicos peligrosos al aire libre. Una vez que se completa el recinto de la celda, la celda se puede sacar de la guantera y conectar a un conjunto de cables que se alimentan a un potenciostato. Este dispositivo mide las características de la corriente y el voltaje de la batería y canaliza esa información a una computadora, donde Robinson y Wang pueden analizar los datos.

"Es increíble tener una experiencia práctica", dice Robinson. "Es una experiencia absolutamente diferente de lo que he visto en la industria y, por supuesto, con solo proyectos de investigación escolares regulares".

Robinson mezcla productos químicos para crear una fórmula de electrolitos de batería para realizar pruebas. Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech | + Ampliar imagen

Más allá de construir, probar y analizar celdas de batería, Robinson y Wang también están explorando la literatura científica relacionada para identificar aplicaciones prometedoras para futuras tecnologías de baterías.

Para una pasantía, no es un paseo por el parque.

"Definitivamente es mucho trabajo duro", dice Wang. “Hay una curva de aprendizaje realmente pronunciada. He aprendido mucho en muy poco tiempo. Es realmente sorprendente poder aprender de científicos investigadores reales que están capacitados en sus campos”.

Y aunque no se espera que los pasantes tengan el conocimiento y la experiencia profundos que tienen los veteranos experimentados, Jones y West dicen que quieren preparar a los estudiantes para su camino en campos de investigación rigurosos.

"Obviamente los ayudamos", dice Jones. "Pero realmente quiero que tengan algún tipo de propiedad".

Rob Messinger, asesor de doctorado de los pasantes, es profesor asociado de ingeniería química en el City College de Nueva York y director del Centro de Baterías Avanzadas para el Espacio del CCNY, un laboratorio que se centra en la química de baterías emergentes y ascendentes orientadas específicamente a alimentar naves espaciales. .

Messinger dice que la asociación con JPL les ha brindado a los estudiantes de su programa en CCNY una experiencia invaluable que él no podría haber creado en el laboratorio o en el aula.

"Es difícil incluso expresar o articular el impacto que este [programa de pasantías] tiene en los estudiantes de CCNY: científica, profesional y personalmente", dice Messinger. “Tienen la oportunidad de ir a un laboratorio de la NASA y trabajar directamente en problemas relevantes para la NASA. Pero creo que quizás aún más valiosa para los estudiantes sea la oportunidad de recibir orientación y capacitación de científicos e ingenieros del JPL que han acumulado décadas de experiencia”.

Aunque el programa de prácticas avanza ya en su tercer año, hace sólo unos años era sólo una idea.

En 2019, Jones recibió un correo electrónico de Messinger de la nada sobre colaborar en una tecnología de batería recargable de aluminio y grafito; se despertó su interés. Mientras seguía leyendo, Jones vio la oportunidad de crear un programa de pasantías único en JPL y aprovechó la oportunidad.

Jones había comenzado en JPL en 2013 como pasante y finalmente pasó a un período de posdoctorado en Caltech antes de conseguir un puesto de tiempo completo en el Laboratorio. Esta era su oportunidad de pagarlo.

Messinger pensó que algunas de las investigaciones que sus estudiantes de doctorado habían estado realizando en su laboratorio en CCNY podrían ser de interés para el JPL.

"Teníamos motivos para creer, basándonos en algunos datos preliminares y trabajos previos, que esta tecnología particular de aluminio y grafito podría ofrecer alta potencia a bajas temperaturas", dice Messinger. "Y ese fue el gancho inicial para trabajar con el JPL, porque esas características podrían ser potencialmente útiles para el espacio".

Con Jones y el supervisor de grupo Will West a bordo en el JPL, Messinger presentó una propuesta a la oportunidad de financiación MIRO puesta a disposición por la Oficina de Participación STEM de la NASA. MIRO, que significa MUREP Institutional Research Opportunity, se estableció para fortalecer y desarrollar la capacidad de investigación y la infraestructura de instituciones que prestan servicios a minorías en áreas de alineación directa con las misiones de la NASA.

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"Hace mucho que tenía la idea de trabajar con JPL", dice Messinger. "Y luego MIRO fue la fuente de financiación perfecta para permitir esta asociación única y estratégica".

Después de algunos meses de planificación, Messinger y Jones lanzaron el programa de pasantías JPL-CCNY, que originalmente estaba programado para comenzar durante el verano de 2020. Sin embargo, el cronograma se descarriló debido a la pandemia, pero después de reelaborar su enfoque para dar cabida a la colaboración remota. , Jones y Messinger pusieron a trabajar a su primer pasante, Brendan Hawkins, en el verano de 2021.

"Fue realmente desafiante tratar de enseñarle a alguien cómo construir una batería en un laboratorio a 3000 millas de distancia", dice Jones.

Afortunadamente, Hawkins pudo venir más tarde al JPL en persona y adquirir esa valiosa experiencia práctica durante unos meses al final del programa. Desde entonces, el programa ha comenzado a funcionar y ha dado la bienvenida a otros dos pasantes, Harrison Asare y Brian Chen, antes de Wang y Robinson a principios de 2023.

West dice que el programa es una bendición para todos los involucrados.

“El programa MIRO de la NASA financia a los estudiantes de posgrado y ellos están trabajando en proyectos que asignamos aquí en el JPL. Estamos muy impresionados con las enormes contribuciones que han hecho a los proyectos”, dice West. “Así que es una gran victoria para el JPL y la NASA. Y yo diría que sin duda es una victoria para los estudiantes de posgrado tener esta experiencia y una victoria para CCNY, que ahora está recuperando a estos estudiantes de posgrado bien capacitados”.

Por su parte, el personal del JPL dice que se ha beneficiado enormemente de la experiencia con sus pasantes. West dice que la infusión de ideas de Robinson y Wang ha sido invaluable para su laboratorio.

"Me ha sorprendido lo rápido que se aclimatan a este entorno de alta intensidad y contribuyen casi de inmediato", dice West. "Aportan nuevas ideas y perspectivas frescas que han dado lugar a varios manuscritos de revistas".

Jones dice que colaborar con los pasantes lo ha convertido en un mejor ingeniero.

"Creo que la mejor manera de aprender algo es intentar enseñárselo a otra persona", dice Jones. "Y siento que he aprendido muchísimo de esto".

De regreso a Nueva York, los pasantes aportan energía renovada y experiencia práctica al Centro de Baterías Avanzadas para el Espacio de CCNY.

"La colaboración con JPL ha requerido gran parte de la investigación y el desarrollo que hacemos aquí en CCNY, y le ha dado vida, le ha dado aplicaciones que son interesantes: nos pone viento bajo las alas", dice Messinger.

Robinson y Wang no saben exactamente hacia dónde los llevarán sus carreras, pero ambos están seguros de que esta experiencia les ha abierto puertas.

"Mis mentores han tratado de enseñarme cómo ser un mejor investigador científico y cómo diseñar realmente y también hacer experimentos", dice Wang. “Eso es algo que tal vez no aparezca en el papel. Poder decir que trabajé en la NASA es genial, pero creo que aprender el tipo de cosas que se necesitan para hacer buenos experimentos es lo realmente valioso”.

Robinson se rió al recordar el momento en que decidió seguir este curso de estudios. Asistió a la presentación de Messinger sobre su programa de investigación y nunca olvidó sus comentarios finales.

“[Messinger] dijo que las dos cosas más interesantes en las que trabajar son los dinosaurios o el espacio exterior, y los dinosaurios están extintos. Así que elige la segunda mejor opción”.

Robinson, que nació en Estados Unidos pero creció principalmente en Costa Rica, dice que nunca podría haber imaginado adónde la podría llevar esa “segunda mejor opción”: desde un doctorado. en la ciudad de Nueva York hasta trabajar en una nave espacial en el sur de California y quién sabe qué será lo próximo.

“[Más joven] nunca hubiera pensado que estaría trabajando en una pasantía en la NASA y haciendo un doctorado. en ingeniería química”, dice Robinson. "Ni siquiera podía imaginar que esto fuera posible".

Los programas de becas y pasantías STEM del laboratorio son administrados por la Oficina de Educación del JPL. Ampliando el alcance de la Oficina de Compromiso STEM de la NASA, JPL Education busca crear la próxima generación de científicos, ingenieros, tecnólogos y exploradores espaciales apoyando a los educadores y llevando la emoción de las misiones y la ciencia de la NASA a estudiantes de todas las edades.

La Oportunidad de Investigación Institucional MUREP, o MIRO, se estableció para fortalecer y desarrollar la capacidad de investigación y la infraestructura de las instituciones al servicio de las minorías en áreas de importancia estratégica y valor para la misión y las prioridades nacionales de la NASA. MIRO trabaja con 15 instituciones que prestan servicios a minorías para ofrecer premios cuyo objetivo es apoyar a mentes brillantes en STEM y, al mismo tiempo, mejorar la capacidad de las instituciones para realizar investigaciones y educación relacionadas con la NASA.

El Proyecto de Educación e Investigación de Universidades de Minorías, o MUREP, es un programa más amplio a través del cual la Oficina de Participación STEM de la NASA involucra a poblaciones subrepresentadas e instituciones que prestan servicios a minorías a través de una amplia variedad de iniciativas.

Las oportunidades profesionales en STEM y más allá se pueden encontrar en línea en jpl.jobs. Obtenga más información sobre las carreras y la vida en JPL en LinkedIn y siguiendo a @nasajplcareers en Instagram.

TAGS: Colegio, Universidad, Pasantías, Oportunidades, Estudiantes Universitarios, MSP, MIRO, MUREP, CCNY

Vince Robbins, escritor, compromiso y comunicaciones internas de JPL

Vince Robbins es escritor del equipo de Comunicaciones Internas y Participación del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Le gusta leer libros, viajar ligero y aprender sobre la historia de Los Ángeles.

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