Nano 2020:Opskalering af nanoteknologi i virtual reality

Nogle gange fører de mindste ting til de største ideer. Eksempel:Nano 2020, et University of Arizona-ledet initiativ til at udvikle læseplaner og teknologi fokuseret på at uddanne studerende inden for det hastigt voksende område af nanoteknologi.

Det femårige, multi-universitetsprojekt nåede for nylig sit mål om at skabe globalt relevante og implementerbare læseplaner og instruktionsteknologier, at inkludere et virtual reality-klasseværelse, der øger undervisernes kapacitet til at undervise eleverne om innovative nanoteknologiske applikationer i landbruget og biovidenskaberne.

Visualisering af, hvad der er for lille til at blive set

Nanoteknologi involverer partikler og enheder udviklet og brugt i en skala på 100 nanometer eller mindre - for at sætte det i perspektiv, den gennemsnitlige diameter af et menneskehår er 80, 000 nanometer. Den ekstremt lille skala kan gøre forståelsen udfordrende, når det kommer til at lære om ting, der ikke kan ses med det blotte øje.

Det er her, Nano 2020 virtual reality-klasseværelset kommer ind i billedet. I et specialudviklet VR-klasseværelse komplet med et laboratorium, objekter i nanoskala kommer til live for elever takket være kraften i videnskabelig datavisualisering.

Inden for VR-miljøet, studerende kan interagere med objekter af nanoskala proportioner - samle dem op, vend dem rundt og undersøg alle nuancer af ting, der ellers ville være for små til at se. Eleverne kan også interagere med deres instruktør eller deres kammerater. Nano 2020 klasseværelset giver mulighed for multi-player funktionalitet, giver undervisere og studerende mulighed for at forbinde i et VR-laboratorium i realtid, uanset hvor de er i verden.

"Virtual reality-teknologien bringer dette komplekse indhold til live på en måde, der er underligt enkel, " sagde Matt Mars, lektor i landbrugsledelse og innovationsuddannelse i College of Agriculture and Life Sciences og meddirektør for Nano 2020-bevillingen. "Forestil dig, hvis du kan tage en elev, og de ser en nanometer på afstand, og så er de i stand til at nærme sig den og se, hvor lille den er ved faktisk at være i den. Det er åndssvagt, men på en måde, som eleverne vil være som, 'Åh wow, det er virkelig fedt!'"

Teknologien er udviklet af Tech Core, en gruppe studerende programmører og udviklere ledet af direktør Ash Black i Eller College of Management.

"Det, jeg var mest fascineret af fra begyndelsen, var at lege med en følelse af skala, " sagde Black, en livslang teknolog og mentor-in-residence på McGuire Center for Entrepreneurship. "Det, der virkelig fascinerede mig ved virtual reality, er, at det er et værktøj, hvor skalaen er elastisk - du kan skrue op og ned. Det er klart, med nanoteknologi, du har at gøre med meget, meget små ting, som ingen har set endnu, så det virkede som en perfekt brug af virtual reality."

Black and Tech Core-studerende, herunder Robert Johnson, Hazza Alkaabi, Matthew Romero, Devon Oberdan, Brandon Erickson og Tim Lukau forvandlede videnskabelige data til et objekt, objektet til et billede, og billedet til en 3D-gengivelse, der er funktionel i det VR-miljø, de byggede.

"Jeg tror, ​​at det at være i stand til at interagere med objekter af nanoskaladata i dette miljø vil resultere i, at mange pærer slukker i elevernes sind. Jeg tror, ​​de vil få det, " sagde Black. "At være i stand til at opleve noget, der er abstrakt - som, hvordan ser et kulstofatom ud – ja, hvis du faktisk kan se på det, det er pludselig en hel masse kontekst."

VR-klasseværelset supplerer Nano 2020-pensumet, som globalt udvider mulighederne for nanoteknologiuddannelser inden for landbrug og biovidenskab.

Undervisning af fremtidens arbejdsstyrke

"Der er sket store fremskridt i brugen af ​​nanoteknologi i sundhedsvidenskaberne, men der er stadig mange flere muligheder for innovation på dette område på landbrugsområdet. Ideen er at kunne fremme disse muligheder for innovation ved at tilbyde nogle pædagogiske værktøjer, " sagde Randy Burd, som var professor i ernæringsvidenskab ved University of Arizona, da han startede Nano 2020-projektet med finansiering fra et National Institute of Food and Agriculture Higher Education Challenge-stipendium gennem det amerikanske landbrugsministerium. "Det vil ikke kun give eleverne det grundlæggende i forståelsen af ​​applikationerne, men vil give dem de innovative tankeprocesser til at tænke på nye kreationer. Det er den egentlige nøgle."

Ukendt objekt

Målet for Nano 2020-holdet, som inkluderer fakultet fra University of Arizona, Northern Arizona University og Johns Hopkins University, var at skabe en online suite af bachelorkurser, der ikke var universitetsspecifikke, men kunne tilgås og tilføjes af undervisere for at nå ud til elever over hele verden.

Til det formål, holdet byggede modulære kurser i nanoteknologiske emner såsom glykobiologi, optisk mikroskopi og histologi, nanomikroskopi teknikker, ernæringsgenomik, anvendelser af magnetisk nanoteknologi, og design, innovation, og iværksætteri, for at nævne et par stykker. Et online bibliotek vil blive oprettet for at lette den løbende udvidelse af open source-pensum, som vil blive formidlet gennem nye teknologier såsom virtual reality klasseværelset.

"Det er ikke praktisk at tro, at andre universiteter og gymnasier bare vil være i stand til at lancere nye kurser, fordi de stadig har brug for folk til at undervise i disse kurser, " sagde Mars. "Så vi skabte et robust og fleksibelt sæt af modulbaserede kursuspakker, der inkluderer øvelser, foredrag, videoer, strømstik, værktøjer. Instruktører vil være i stand til at trække komponenter ud og integrere dem i det, der allerede eksisterer, for fortsat at bevæge sig mod et mere omfattende tilbud inden for nanoteknologiuddannelse."

Ifølge Mars, læseplanens meget tilpasningsdygtige karakter og evnen til at levere den på forskellige måder var nøglekomponenter i Nano 2020-projektet.

"Vi går til projektet med en stærk iværksættertankegang og stor vægt på innovation. Vi ønskede, at det skulle være bredt defineret og fleksibelt i strukturen, så andre institutioner får adgang til og modellerer læseplanerne, se dens grundlag, og tilpasse det til deres behov for at begynde at udbrede forestillingen om nanoteknologi som et underudviklet, men virkelig vigtigt område inden for det større landskab af landbrug og biovidenskab, " sagde Mars. "Vi ønskede også at give et overlæg til de videnskabelige og teknologiske komponenter, der ville handle om adoption i menneskelig anvendelse, og vi nærmede os det gennem en linse for innovation og iværksætterånd."

Dele af Nano 2020-pensum tilbydes i øjeblikket som valgfag i et certifikatprogram gennem Department of Agriculture Education, Teknologi og innovation ved University of Arizona. Efterhånden som det bliver mere udbredt gennem det videregående uddannelsessamfund som helhed, forskere forventer, at læseplanen og VR-klasseværelsesteknologien overskrider disciplinens grænser, institution og geografi.

"Der vil eksistere en online åben platform, hvor folk kan downloade komponenter og kurser, og det hele er indrammet af teknologien, så disse erfaringer og forskning kan deles over denne virtual reality-komponent, " sagde Burd. "Det er teknologisk adskilt fra det, der eksisterer nu."

"Ideen er, at det ikke kun er pensum, men det er leveringen af ​​det læseplan, og leveringen af ​​denne læseplan på forskellige måder, " sagde Mars. "Der er en relatabilitet, der følger med den virtuelle virkelighed, som jeg synes er rigtig cool. Det giver eleverne mulighed for at forholde sig til noget så abstrakt som en nanometer, og det er det, der er virkelig spændende."