جوشیدن آب شاید برای بسیاری از افراد یک پدیده عادی و روزمره باشد. اما برای «متئو بوچی»، استادیار دانشگاه MIT، این پدیده ساده به یک ماجراجویی تحقیقاتی تبدیل شده که بیش از یک دهه به طول انجامیده است. سفری پر از چالش‌های غیرمنتظره و کشف‌های نوین.
پدیده‌ای که به ظاهر ساده به نظر می‌رسد، در سیستم‌های پیچیده‌ای مثل راکتورهای هسته‌ای بسیار دشوار برای مطالعه است. اما در عین حال، جوشیدن در قلب بسیاری از فرآیندهای مهم صنعتی قرار دارد. رمزگشایی از این اسرار می‌تواند باعث پیشرفت‌های بزرگی در تولید انرژی کارآمد، خنک‌کردن تجهیزات الکترونیکی، شیرین‌سازی آب، تشخیص‌های پزشکی و کاربردهای دیگر شود.
بوچی در این باره می‌گوید: «جوشیدن فقط در حیطه کاربردهای هسته‌ای مهم نیست. ۸۰ درصد نیروگاه‌هایی که برق تولید می‌کنند از جوشش استفاده می‌کنند. تحقیقات من می‌تواند روی سیستم‌های پیشرانه فضایی، ذخیره‌سازی انرژی، الکترونیک و همچنین خنک کردن کامپیوترها که امری روز به روز مهم‌تر می‌شود، تأثیرگذار باشد.»
رازگشایی از بحران جوشش
آزمایشگاه «بوچی» روش‌های آزمایشی جدیدی برای بررسی پدیده‌های جوشش و انتقال حرارت توسعه داده که تاکنون مانع پیشرفت پروژه‌های انرژی بوده‌اند. یکی از این مشکلات بزرگ، ایجاد حباب‌هایی است که به سرعت یک لایه بخار روی سطح تشکیل می‌دهند و از انتقال حرارت بیشتر جلوگیری می‌کنند. در سال ۲۰۲۳، بوچی و همکارانش اصلی یکپارچه برای مشکل معروف «بحران جوشش» ارائه کردند که می‌تواند باعث بهبود کارایی راکتورهای هسته‌ای و جلوگیری از خرابی‌های فاجعه‌بار شود.
به گفته بوچی، هر بار پیشرفت جدید امکان‌های تازه‌ای را به همراه می‌آورد و سوالات جدیدی را برای پاسخ دادن ایجاد می‌کند. او می‌گوید: «بهترین مقاله چیست؟ مقاله بعدی. من همیشه به دانشجویانم می‌گویم که مقاله بعدی ما باید از مقاله قبلی بهتر باشد. این یک مسیر مداوم برای بهبود است.»
از ساخت قطعات صنعتی تا حباب‌ها
بوچی که در یک روستای کوچک در ایتالیا رشد کرده است، از کودکی مهارت‌های مکانیکی را در کارگاه پدرش یاد گرفته و علاقه‌اش به کشف سازوکار وسایل مختلف را با باز و بسته کردن لوازم خانگی مثل ماشین لباسشویی و کولر تقویت کرده است. او همچنین در مسابقات دوچرخه‌سواری شرکت می‌کرد، اما بعدها این علایقش را به تحصیلاتش در مهندسی هسته‌ای در دانشگاه پیزا پیوند داد.
او در مورد انتخاب مهندسی هسته‌ای می‌گوید: «من به ساختن و کشف چگونگی ساخته شدن چیزها علاقه دارم. ترکیب چالش‌های فکری و عملی چیزی است که من دوست دارم.»
بوچی برای ادامه تحصیل به فرانسه رفت و در حالی که در یک آزمایشگاه ملی فرانسه کار می‌کرد، سراغ مطالعه جوشش در راکتورهای هسته‌ای رفت. حضورش در MIT از سال ۲۰۱۳ شروع شد و او از آن زمان تاکنون به تحقیق در این زمینه مشغول است.
تحقیقات نوآورانه در خنک‌سازی
یکی از حوزه‌های تأثیرگذار تحقیقات بوچی، فناوری خنک‌سازی با دو فاز است. در این فرایند، قطعات داغ سرورها باعث جوشش مایعات شده و بخار تولیدشده روی مبدل حرارتی چگالیده می‌شود تا یک چرخه خنک‌سازی دائمی ایجاد شود.
او توضیح می‌دهد: «این فرآیند باعث می‌شود چیپ‌های الکترونیکی با حداقل انرژی هدر رفته خنک شوند که مصرف انرژی و انتشار دی‌اکسید کربن در دیتاسنترها را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد. دیتاسنترها به اندازه کل صنعت هواپیمایی دی‌اکسید کربن منتشر می‌کنند و تا سال ۲۰۴۰، سهم آن‌ها به بیش از ۱۰ درصد از کل انتشار خواهد رسید.»
حمایت از دانشجویان
بوچی درباره کار با دانشجویان خود می‌گوید: «آن‌ها اشتیاق و شایستگی زیادی دارند. کار کردن با افرادی که همان اشتیاق شما را دارند، بسیار انگیزه‌بخش است.»
او معتقد است که وظیفه اصلی او پرورش پژوهشگران آینده است و نقش خود را در ارائه ابزارها، ایجاد اعتماد به نفس و توانایی حل مشکلات خلاصه می‌کند. برخی از آزمایش‌های جالب تیم او شامل جمع‌آوری داده‌ها در شرایط بی‌وزنی با پرواز هواپیما است.
استفاده از هوش مصنوعی
بوچی همچنین به ادغام هوش مصنوعی در حوزه تحقیقاتی خود بسیار علاقه‌مند است. او اخیراً یک ژورنال به نام AI Thermal Fluids تأسیس کرده تا تحقیقات پیشرفته مبتنی بر هوش مصنوعی در زمینه‌های مرتبط را منتشر کند.
او می‌گوید: «ما نیاز داریم دانشمندان علم کامپیوتر را وارد جامعه خود کنیم تا فرآیندهای تحقیقاتی را سرعت ببخشیم. همچنین، هوش مصنوعی ممکن است ما را به درک مسائلی برساند که مشاهده مستقیم آن‌ها امکان‌پذیر نیست.»
تحقیقات «متئو بوچی» نشان می‌دهد که دنیای ساده‌ای مانند «جوشیدن» می‌تواند چقدر پیچیده و پر از رمز و راز باشد. این مسیر علمی تنها آغاز ماجراجویی‌های او و تیمش است.