上个学期，彼得·威廉姆斯(Peter Williams)在学习2002(力学与材料II)时，赢得了一个高度约等于三根头发宽度的奖杯。这位机械工程专业的大四学生并没有因为这个微不足道的奖项而感到被亏了，相反，他认为这个奖项对于他和同学们被要求设计一种能够承受压缩的纳米级材料的比赛来说是一个合适的奖项。

设计挑战代表了材料力学性能本科课程的创新部分。虽然2002课程传统上包括经典的实验室实验，但卡洛斯·波特拉教授希望给学生们一个在他们领域令人兴奋的前沿领域的实际研究经验。

波特拉是麻省理工学院机械工程系达贝洛夫职业发展助理教授，她说:“我们的目标不仅是让学生接触纳米技术、纳米力学和超材料的前沿概念，而且尤其要让他们在这一经历中处于‘驾驶座’。”“我们相信，一个设计挑战——让学生发明新的超材料3D设计，观察和参与制造和表征过程，并与同龄人进行友好的竞争——将实现这一目标。”

这项设计挑战将学生们带到了世界一流的麻省理工学院的实验室。纳米设施，环境如此微妙，所有进入的人都必须从头到脚盖好自己，试图阻挡哪怕是最微小的灰尘。他们的任务很简单:用一种材料设计出最抗压缩的微观立方体，这种材料可以接触立方体的每一面，但只占立方体总体积的20%。这些材料是用3D打印机制造的，3D打印机用激光照射树脂，制造出精确、高分辨率的结构。

威廉姆斯说:“我们能够设计出微尺度的超材料(具有特定机械行为的材料)，并从中得出一些非常有趣的设计和发现。”他补充说，他很欣赏研究“真正的科学家目前正在提出的问题”的经验。

在他的获奖作品中，威廉姆斯依靠的是他在参加2.002之前学到的设计原则。他称这是一种“明确的获胜方式”，他将纳米材料排列在一个看起来像垂直墙壁的二维剖面上。

“如果你有某种桁架结构，它不会像直接由下面的材料支撑的材料那样好。你不能把同样的材料对角线放置，并期望它同样坚固。”威廉姆斯说。“我很擅长CAD，这是一个非常简单的设计。更复杂的方法行不通。”

艾莉森·金(Allison King)大四学生用六边形设计了她的材料，六边形也被认为能很好地承受压缩。金的作品获得了第二名，虽然她对自己没有拿到这个几乎看不见的奖杯感到有点失望，但她表示，能够参加比赛，体验麻省理工学院的生活，她感到非常兴奋。纳米实验室。

“你走进实验室，在那一刻你意识到，哇，麻省理工学院是一个非常酷的地方。”金说。“人们现在就在你面前挑战着工程学的极限。”

金说，当她的材料在压缩过程中通过电子显微镜显示在显示器上时，她“非常紧张”。

“我喜欢机械工程的设计方面，喜欢检验假设。”她说。“所以，我们被赋予了很大的自由——比如，‘嘿，去设计任何你想要的东西，看看它是否有效，’——实际上，我们使用了我们一直在学习的技能和培训，看看我们是否真的能制造出产品。”

波特拉说，虽然设计挑战对学生来说是有趣和令人兴奋的，但他们参与的过程具有深远的意义。他说，纳米材料可以被创造出具有“奇异的”机械、热、甚至电子特性。陶瓷可以被改造得像橡胶一样，金属可以被做得更坚固，玻璃可以变得非常耐用。纳米结构还可以与光、声音或电子相互作用。

“纳米材料有潜力解决尚未解决的社会和工程挑战，因为它们实现了现有材料无法实现的特性组合。大量生产具有纳米结构的材料的能力可能会对各种领域产生影响。”Portela说。“使这些特性超越纳米或微尺度将改变游戏规则。”他说，并补充说，“要达到这一点，我们还有很多艰苦的工作要做。”

对于威廉姆斯来说，2.002和设计挑战可能会改变他个人的生活。目前他计划毕业后在工业界工作，这段经历让他考虑回到学术界。

他说:“作为一名选修2.002课程的本科生，我能够做非常研究生水平的研究，并使用非常高水平的设施。”“这让我很兴奋，因为我有可能回到研究领域。”

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。