Ein neues System am MIT

Die reale Welt ist unordentlich und weitaus komplizierter als die schlichte, reduktionistische Welt der Wissenschaftler und Ingenieure. Die morgendlichen Pendler geraten in Staus, während Hunderte von Autos mit den Straßen und untereinander interagieren. Auf Effizienz ausgelegte Fabriken belasten die Umwelt. Moleküle und Zellen interagieren in perfektem Zusammenspiel, um eine Mahlzeit zu verdauen oder einen Marathon zu laufen – oder Amok zu laufen und einen Tumor zu bilden.

In der realen Welt interagieren unterschiedliche Komponenten in komplexen Systemen. Nicht nur jeder Teil einer Maschine verbindet sich mit anderen zu einem funktionierenden Ganzen, sondern es gibt auch Arbeiter, die diese Maschinen bedienen müssen, und verschiedene Maschinen, die zusammenarbeiten müssen. Die gesamte Struktur beeinflusst und wird von externen Faktoren beeinflusst. Am MIT erkennen Ingenieure und Wissenschaftler die Notwendigkeit, ihre Themen als Systeme und nicht als isolierte Mechanismen zu betrachten.

Aus dieser Haltung entstehen neue Studiengänge, die nicht nur Fachbereichsgrenzen überschreiten, sondern auch Lehrende verschiedener Fakultäten in interdisziplinäre Bildungsprogramme und Forschungsanstrengungen einbinden. 1998 wurde beispielsweise die Engineering Systems Division (ESD) gegründet, um Theorie und Praxis zu großen Ingenieurprojekten zu schaffen, und seit Herbst 2001 gibt es Bestrebungen, die Computational and Systems Biology Initiative zu gründen. Beide Programme sind aus den Bemühungen der Professoren an der Basis hervorgegangen, auf die sich verändernde Welt und die sich entwickelnde Praxis der Ingenieurwissenschaften und Biologie zu reagieren.



Geschäftsbereich Engineering Systems

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Ingenieure können nicht isoliert arbeiten: Sie müssen sich mit staatlichen Regulierungsbehörden, Ökonomen, Arbeitern und Managern auseinandersetzen; viele von ihnen müssen sich damit auseinandersetzen, selbst Manager zu werden. Selten arbeiten all diese Mitarbeiter mühelos zusammen. Und bei sehr großen Ingenieursprojekten, wie Bostons Big Dig und der Internationalen Raumstation, werden wahrscheinlich besonders schwierige Probleme auftreten. Ingenieure haben erkannt, dass sie Kenntnisse über große Systeme benötigen, um potenzielle technische Probleme vorherzusehen und die Projekte reibungslos ablaufen zu lassen. Technologie spielt heute eine immer wichtigere Rolle in der Gesellschaft, sagt Daniel Roos '61, SM '63, PhD '66, stellvertretender Dekan für Engineering Systems. Unsere Produkte und unsere Systeme werden immer größer und komplexer. Wir müssen ein breiteres Verständnis haben als nur die Technik.

Obwohl das Institut schon seit einiger Zeit ein solches Verständnis entwickelt hatte, fand vor sieben Jahren ein Komitee unter dem Vorsitz von Tom Eagar '72, ScD '75, damals Leiter der Materialwissenschaften und -technik, es als führendes Zentrum für Ingenieurwissenschaften für die Im 21. Jahrhundert müsste die School of Engineering des MIT die Größe ihrer Fakultät verdoppeln, die an Aktivitäten im Bereich integrativer Ingenieursysteme beteiligt ist.

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Daher empfahl der Ausschuss von Eagar dem Institut, eine Abteilung für technische Systeme einzurichten, um solche Aktivitäten zu koordinieren und zu initiieren. Eine Abteilung zu haben, sagt Daniel Hastings SM '78, PhD '80, Associate Director und Professor für Luft- und Raumfahrt, ist eine Möglichkeit für das MIT, einen Pfahl in den Boden zu stecken und zu sagen, dass wir es ernst meinen mit der Schaffung eines Weges zur Konzeption, Planung und Bau von Großanlagen.

Dazu vereint die Division Engineering Systems Fakultäten der Fakultäten für Ingenieurwissenschaften und der Sloan School of Management. Die Fakultät hat bereits mehrere neue Studiengänge im Bereich Engineering Systems geschaffen. Die Mitglieder arbeiten gemeinsam an der Entwicklung von Master- und Doktorandenprogrammen mit dem Schwerpunkt Ingenieursysteme und erforschen ein grundständiges Nebenfach. Unser Ziel ist es, ein neues Studienfach zu schaffen, sagt Roos und erklärt, dass sie Ingenieursysteme definieren und sowohl die Ingenieurausbildung als auch die Ingenieurpraxis beeinflussen und verändern wollen. Ziel sei es nicht, die bestehende wissenschaftsbasierte Ingenieurpraxis zu ersetzen, sagt Hastings, sondern sie zu ergänzen. Es besteht Bedarf an einer Erweiterung der Art und Weise, wie Ingenieure denken, handeln und ihre Kunst ausüben. Dieser ganzheitlichere Ansatz der Ingenieurwissenschaften müsse an den Universitäten betont werden, sagt er. Eine kleine Anzahl von Studierenden startete im September eine Pilotversion des Doktorandenprogramms.

Die Abteilung beherbergt mehrere bereits bestehende interdisziplinäre Master- und Doktorandenprogramme, die Ingenieuren helfen sollen, Managementfragen sowie die sozialen, wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen ihrer Projekte zu verstehen. Die Programme umfassen Leaders for Manufacturing; Systemdesign und -management; Technologie und Politik; Transport; Logistik; und Technologie, Management und Politik. Vier abteilungsübergreifende Forschungszentren haben in der Abteilung ebenfalls eine Heimat gefunden: das Zentrum für Technologie, Politik und Industrielle Entwicklung; das Industrielle Leistungszentrum; das Zentrum für Verkehrsstudien und Logistik; und das Zentrum für Innovation in der Produktentwicklung. Jedes dieser Zentren verbindet Partner aus Wissenschaft, Industrie und Regierung in den Bemühungen um eine nachhaltige globale Entwicklung, dh ein Wirtschaftswachstum, das nicht mehr natürliche Ressourcen verbraucht, als die Erde auf unbestimmte Zeit liefern kann.

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Unter der Ägide der Abteilung wurden auch mehrere Forschungsprojekte gestartet. Die Lean Aerospace Initiative ist ein Versuch, bedeutende Veränderungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie zu untersuchen, und ein Programm für nachhaltige Mobilität soll sicherstellen, dass wir uns weltweit bewegen können, ohne die Umwelt zu verletzen. In diesem Herbst startete die Abteilung ein großes Programm, das sich mit der inneren Sicherheit befasst, und versammelt Fakultäten aus den Abteilungen Luft- und Raumfahrt, Nukleartechnik, Bauingenieurwesen, Politikwissenschaft und Maschinenbau sowie der Sloan School und dem Programm für Wissenschaft, Technologie, und Gesellschaft. Ein Projekt, das in Zusammenarbeit mit Sandia National Laboratories durchgeführt wurde, zielt beispielsweise darauf ab, Wege zu entwickeln, um Systeme der nationalen Infrastruktur, wie Wasser- und Elektrosysteme, angesichts eines Angriffs zu schützen oder schnell wiederherzustellen.

Die Einrichtung einer Bildungseinheit, die die Abteilungs- und Schulgrenzen des MIT überschreitet, habe sich manchmal als kompliziert erwiesen, sagt Roos. Die ESD-Zulassung habe lange gedauert, weil es unkonventionell sei, sagt er. Der Schlüssel zum Erfolg bei der Schaffung neuer Forschungs- und Bildungsprogramme, fügt er hinzu, seien die beteiligten Menschen gewesen. Es gibt eine gemeinsame Vision und ein gemeinsames Verständnis dessen, was wir erreichen wollen.

Initiative für Computer- und Systembiologie

Eine ähnliche Vision und ein ähnliches Verständnis haben zu einem schulübergreifenden Programm geführt, das eine systemische Sicht auf ein anderes Gebiet einnimmt, das für seinen reduktionistischen Ansatz bekannt ist: die Biologie. Fakultäten der Fakultäten für Biologie und Elektrotechnik und Informatik und der Fachbereich Bioingenieurwesen haben sich an der Basis zur Initiative Computational and Systems Biology zusammengeschlossen. Im vergangenen Frühjahr hat die Fakultät den ersten neuen Graduiertenkurs des Programms unterrichtet, und ein zweiter wird in diesem Frühjahr hinzukommen. Interdisziplinäre Forschungsanstrengungen sind bereits im Gange. Ziel sei es, das MIT zu einem Vorreiter bei der dritten echten Revolution in der modernen Biologie zu machen, sagt der Biologe Peter Sorger, Mitglied des Exekutivkomitees der Initiative. Sie haben zum ersten Mal die Einführung mathematischer Methoden, um die Biologie als integriertes System zu verstehen, sagt er. Als Biologe erkennt man, dass dies die Zukunft sein wird.

Die moderne Biologie ist in vielerlei Hinsicht Molekularbiologie. Molekularbiologen betrachten biologische Systeme aus der Perspektive eines einzelnen Moleküls oder vielleicht zweier oder dreier interagierender Moleküle. Die neue Sichtweise ist, dass viel Biologie nur als System verstanden werden kann, ergänzt Bruce Tidor, Computerbiologe am Department of Electrical Engineering and Computer Science und der Biological Engineering Division. Um herauszufinden, wie biologische Systeme wirklich funktionieren, bedarf es einer Kombination aus Computer, Technik, Biologie und Wissenschaft. Es erfordert die Zusammenarbeit von Forschern aus diesen verschiedenen Bereichen und Studenten, die leichter Grenzen überschreiten können. Das MIT ist dafür bestens geeignet.

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Der Grund? Die Stärke des MIT im Ingenieurwesen. Engineering sei unabdingbar, sagt Sorger. Während andere Institutionen Programme in Computer- oder Systembiologie haben, sagt Tidor, was das MIT einzigartig machen wird, ist die sehr starke Engineering-Komponente. Ingenieure sind großartig darin, Systeme zu verstehen. An der Initiative sind bereits Lehrende aus den Fachbereichen Chemie, Physik, Mathematik, Hirn- und Kognitionswissenschaften, Verfahrenstechnik und Maschinenbau beteiligt. Beteiligt sind auch die Sloan School und das MIT Media Lab. Im Gegensatz zu ähnlichen Bemühungen an anderen Institutionen wird dieses Programm die Fakultät nicht aus ihren Heimatabteilungen entfernen; stattdessen versucht es, Verbindungen zwischen ihnen aufzubauen.

Drei Komponenten umfassen die Bemühungen der Initiative, Forschende im gesamten Institut zu integrieren: interdisziplinäre Projekte, von denen viele bereits laufen; Kernforschungseinrichtungen, die Fakultäten im gesamten MIT Zugang zu modernsten Technologien im Bereich der Computer und der Untersuchung biologischer Moleküle und Prozesse ermöglichen; und ein neues Ausbildungsprogramm, das letztendlich eine Promotion in Systembiologie beinhalten wird. Um diese massiven Bemühungen zu finanzieren, sucht der Exekutivausschuss der Initiative Geld von privaten Stiftungen und Regierungsbehörden wie den National Institutes of Health, der National Science Foundation und der Defense Advanced Research Projects Agency. Darüber hinaus arbeitet die Initiative mit dem Industrial Liaison Program des MIT zusammen, um die Möglichkeit einer industriellen Unterstützung zu untersuchen.

Sowohl die Computational and Systems Biology Initiative als auch die Engineering Systems Division nutzen die Stärken des MIT, um die führende Position des Instituts in Bildung und Forschung zu behaupten. Da die Welt außerhalb der Universität immer komplexer und unübersichtlicher wird, lernen die Fakultäten, Grenzen zu überschreiten, um mit der Entwicklung von Technologie, Wissenschaft und Gesellschaft Schritt zu halten.

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