Швейцарские федеральные лаборатории материаловедения и технологий ( Empa ; нем. Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt , [2] фр. Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche , итал. Laboratorio federale di prova dei materiali e di ricerca , ретороман. Institut federal da controlla da material e da perscrutaziun, ) — швейцарский научно-исследовательский институт прикладной материаловедения и технологий . Он имеет три филиала — Дюбендорф , Санкт-Галлен и Тун . Как часть домена ETH , он приписан к Федеральному департаменту экономики, образования и исследований (EAER). Более 100 лет с момента своего основания в 1880 году Empa был институтом испытаний материалов. С конца 1980-х годов он все больше трансформировался в междисциплинарный научно-исследовательский институт материалов и технологий. [3]
В рамках видения «Материалы и технологии для устойчивого будущего» Empa поставила перед собой цель разрабатывать решения для приоритетных проблем, с которыми сталкиваются промышленность и общество, например, в области энергетики, окружающей среды, мобильности, здоровья и безопасности. При этом она руководствуется целями устойчивого развития ООН и потребностями швейцарской промышленности и общества. Основные направления ее исследований — наноструктурированные материалы и технологии, антропогенная среда, энергия, ресурсы и выбросы, а также здоровье и производительность. [4]
Изменение от испытания материалов к исследовательскому учреждению также отражено в названии: с 1988 года Empa официально называется Швейцарской федеральной лабораторией по испытанию и исследованию материалов . С 2001 года изменение стратегии становится все более заметным: количество научных публикаций выросло с 67 в 2001 году до примерно 870 в 2022 году. Количество проектов, финансируемых Швейцарским национальным научным фондом (SNSF), увеличилось с 5 до более 100 за тот же период, количество докторантов — с 16 до более 280; кроме того, насчитывается более 230 студентов бакалавриата, магистратуры и стажеров. Финансирование третьими лицами также увеличилось с 34 миллионов швейцарских франков в 2000 году до более 60 миллионов швейцарских франков (2022 год), из которых 49 миллионов швейцарских франков были привлечены за счет исследовательских предложений и почти 11 миллионов швейцарских франков за счет услуг и консалтинга. В настоящее время Empa участвует в 76 текущих проектах рамочных программ ЕС и почти 90 проектах Innosuisse, швейцарского агентства по содействию инновациям. Годовой бюджет в 2022 году составил около 107 миллионов швейцарских франков прямого федерального финансирования и более 60 миллионов швейцарских франков приобретенного стороннего финансирования. [5]
Деятельность Empa сосредоточена на прикладных исследованиях и разработках, часто в тесном сотрудничестве с промышленными партнерами. Это также отражено в ее слогане: «Empa — место, где начинаются инновации». Empa придерживается междисциплинарного подхода — ученые и инженеры из многочисленных дисциплин работают вместе над большинством проектов. Она также поддерживает два Швейцарских федеральных института (ETH) в Цюрихе и EPFL в Лозанне , а также швейцарские университеты и университеты прикладных наук в их преподавательской деятельности и участвует в организации научных конференций и мероприятий по обучению и повышению квалификации через Академию Empa. Конференции, серии лекций, семинары и обучающие мероприятия нацелены на ученых, экспертов из промышленности и бизнеса, а также на широкую общественность, например, в серии мероприятий wissen2go.
В 1880 году начал свою деятельность Институт по испытанию строительных материалов . Людвиг фон Тетмайер , профессор строительного материаловедения, был его первым директором. Он размещается в Политехническом институте в Цюрихе (сегодня ETH Zurich). [7]
В 1891 году Тетмайеру было поручено выяснить причину обрушения железнодорожного моста Мюнхенштайн, построенного Гюставом Эйфелем . За короткое время ему удалось показать, что гипербола Эйлера, которая использовалась до тех пор, могла быть использована только в упругой области рассматриваемой стали.
В 1895 году впервые было использовано название «Швейцарские федеральные лаборатории по испытанию материалов» .
В 1937 году был добавлен Швейцарский институт испытаний текстиля в Санкт-Галлене, расширенный в 1911 году. Empa получила новое название: Швейцарские федеральные лаборатории испытаний и исследований материалов для промышленности, строительства и торговли.
В 1962 году Empa переехала из Цюриха в пригород Дюбендорф . Основное внимание там уделяется структурному и гражданскому строительству, технике безопасности, технологиям обработки поверхностей, металлическим материалам, композитным материалам, неразрушающему контролю, химическому анализу, испытаниям выхлопных газов и наружного воздуха, строительным услугам, строительной физике, акустике и снижению шума. [8]
1988 год ознаменовал собой смену направления исследований. С этого момента Empa стала называться Швейцарской федеральной лабораторией по испытанию и исследованию материалов.
В 1996 году Empa переехала в новое здание Im Moos на площадке в Санкт-Галлене . Ее деятельность сосредоточена на физиологии одежды, системах индивидуальной защиты, функциональных волокнах и текстиле, биосовместимых материалах, моделировании материалов и изображений, а также оценке технологических рисков.
В 2001 году Empa еще больше сосредоточилась на исследованиях и инновационных разработках; однако передача знаний и услуги по-прежнему оставались важной частью портфолио. Создается международная исследовательская комиссия для оценки исследовательской деятельности Empa на регулярной основе.
В 2003 году в Empa пришла нанотехнология . Новая лаборатория nanotech@surfaces занимается наноструктурами, нанотрубками как источниками электронов и квазикристаллическими слоями. В Дюбендорфе был создан отдел функциональных полимеров .
В 2004 году в Дюбендорфе была основана еще одна новая лаборатория: Nanoscale Materials Science . Она занимается разработкой и анализом наноструктурированных поверхностей и покрытий.
В 2005 году Empa основала Международную докторскую школу Швейцария – Польша [9] совместно с Варшавским технологическим университетом и AGH Университетом науки и технологий в Кракове. Это сотрудничество с новыми странами-членами ЕС усилилось в рамках так называемого «миллиарда сплоченности», вклада Швейцарии в расширение ЕС на восток, например, посредством многочисленных совместных исследовательских проектов и совместных мероприятий, таких как Дни науки и технологий Швейцарии и Польши , которые впервые прошли в Варшаве в 2010 году.
Также в 2005 году Empa отпраздновала свое 125-летие, собрав 13 000 посетителей под девизом «Исследования, которые вдохновляют».
В 2008 году Empa основала бизнес-инкубатор glaTec в Дюбендорфе, который призван содействовать и поддерживать создание инновационных стартапов в среде Empa. [10] Он является аналогом «tebo», который существует в Empa в Санкт-Галлене с 1996 года. Empa также значительно расширила свою деятельность в области фотовольтаики . Кроме того, международное сотрудничество с ведущими мировыми научно-исследовательскими институтами по материалам было расширено за счет создания WMRIF (World Materials Research Institute Forum), включая Японский национальный институт материаловедения (NIMS), Национальные лаборатории США и различные лаборатории по исследованию материалов ЕС.
В 2010 году Empa договорилась о новых партнерствах с различными промышленными партнерами в области топливных элементов, приложений для медицинских технологий и концепций устойчивой мобильности. Кроме того, деятельность в рамках пяти «Исследовательских фокусных областей» была еще более тесно связана с основной задачей Empa по переводу исследований и технологий в рыночные инновации.
В 2011 и 2012 годах компания Empa с большим успехом участвовала в почти 25 проектах специальных мер по сдерживанию роста курса швейцарского франка, финансируемых Комиссией по технологиям и инновациям (CTI) — теперь Innosuisse — которые направлены на укрепление инновационного потенциала и, следовательно, конкурентоспособности швейцарских компаний.
В 2014 году швейцарское правительство инициировало приоритетную программу по содействию энергетическим исследованиям; восемь различных центров компетенции ( Swiss Competence Centers for Energy Research , SCCER) должны улучшить сетевое взаимодействие швейцарских университетов и научно-исследовательских институтов в области энергетических исследований и способствовать синергии. Empa взяла на себя руководство одним из этих восьми центров в качестве «Ведущего дома» в области будущих энергоэффективных зданий и районов (FEEB&D) с целью сокращения потребления энергии швейцарским строительным фондом в пять раз к 2050 году.
В 2014 году состоялась церемония закладки фундамента NEST , концепции здания, разработанной для ускорения передачи новых материалов и технологий и более быстрого вывода на рынок продукции в строительном и энергетическом секторах. Empa управляет зданием исследований и инноваций совместно с Eawag. NEST состоит из центральной опорной сети и трех открытых платформ, на которых устанавливаются отдельные исследовательские и инновационные модули — так называемые «блоки» — по принципу «включай и работай » . После создания «остова» NEST к 2015 году можно было начать строительство первых модулей. 23 мая 2016 года здание было открыто с двумя уже установленными модулями. [11] [12] В последующие годы постоянно добавлялись дополнительные блоки; к концу 2022 года в эксплуатации находилось восемь модулей. Каждый из этих модулей здания был реализован совместно с партнерами по исследованиям и промышленности. Что касается исследований, то платформу NEST на сегодняшний день используют, например, ETH Zurich, EPF Lausanne, Lucerne University of Applied Sciences and Arts и Karlsruhe Institute of Technology (KIT) . Тематический фокус большинства подразделений — на ресурсо- и энергоэффективности — будь то концепции и материалы, совместимые с циклом, новые (интеллектуальные) энергетические концепции или новые цифровые методы планирования и строительства, оптимизирующие использование материалов.
Еще одна демонстрационная и технологическая платформа для передачи в секторе мобильности была представлена еще в 2015 году: move. Это позволяет разрабатывать концепции мобильности без ископаемого топлива и проверять их на практике — от электромобильности до водорода и синтетического топлива . Источником энергии является электричество от фотоэлектрических систем или гидроэлектростанций, которое сильно колеблется с течением времени и не требуется в сети. Затем оно преобразуется электролизом воды сначала в водород, а на следующем этапе — в метан ( концепция power-to-gas ).
В рамках открытия NEST в 2016 году была введена в эксплуатацию третья демонстрационная платформа ehub (Energy Hub). Как своего рода центр управления, ehub координирует и контролирует потоки энергии между NEST и перемещается с различными потребителями и источниками энергии и, таким образом, одновременно соединяет сектор мобильности со строительным сектором (так называемое секторное соединение). Таким образом, ehub призван обеспечить оптимизированное энергоснабжение, особенно под знаком временно сильно колеблющихся источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия. Поэтому платформа также имеет промежуточные технологии хранения и преобразования для различных источников энергии.
В 2016 году Empa открыла свой Центр компетенции по покрытиям , где индивидуальные технологии обработки поверхностей и передовые производственные процессы (AM) должны найти свой путь от исследовательских лабораторий до рыночных промышленных приложений. В центре размещены разнообразные установки для нанесения покрытий на твердые покрытия, гибкие фотоэлектрические элементы и органическую электронику, а также 3D-принтеры для металлических материалов и биокомпозитов. Установки близки к промышленным с точки зрения технологии процесса, но имеют модификации, которые позволяют исследователям проводить подробный анализ процесса. Цель состоит в том, чтобы тем самым облегчить масштабирование новых технологий и процессов для швейцарской промышленности.
С очень похожими целями ETH Domain запустил стратегическую область исследований «передовое производство (AM)» в 2017 году под руководством Empa, которая призвана поддержать швейцарскую промышленность в конкретном использовании потенциала цифровизации и разработке технологий AM. Это привело к появлению в 2019 году Альянса AM-TTC , зонтичной организации швейцарских центров трансфера технологий в области AM. Первым таким центром, появившимся в 2019 году, стал швейцарский центр m4m в Беттлахе, который разрабатывает процессы для производства имплантатов с помощью 3D-печати в сотрудничестве с сектором медицинских технологий. В начале 2023 года сеть включала еще три центра TT.
Также в 2019 году компания Empa активизировала свою научно-исследовательскую деятельность в секторе аккумуляторных батарей и, среди прочего, заключила стратегическое партнерство с Обществом Фраунгофера с целью создания основы для готового к производству следующего поколения тяговых аккумуляторных батарей для электромобилей.
В том же году в компании Empa в Дюбендорфе совместно с Имперским колледжем Лондона была создана Лаборатория устойчивой робототехники с целью разработки новых материалов для робототехнических систем, используемых для мониторинга окружающей среды и обслуживания труднодоступных инфраструктур.
В 2021 году национальная инновационная платформа Switzerland Innovation включила в свою сеть Innovation Park East, расположенный рядом с площадкой Empa в Санкт-Галлене. В 2022 году инкубатор стартапов Empa Startfeld объединился с Innovation Park East. В Дюбендорфе Empa заложила краеугольный камень своего нового исследовательского кампуса cooperate , [13] который последовательно нацелен на минимизацию выбросов парниковых газов .
Также в 2022 году Empa усилила и расширила свою исследовательскую деятельность в области квантовых технологий , включая грант в размере 15 миллионов швейцарских франков от Фонда Вернера Сименса на разработку дополнительных углеродных наноматериалов для будущих квантовых технологий. Также в 2022 году Empa решила сосредоточить свою исследовательскую деятельность в четырех основных областях исследований в будущем.
47°24′08″N 8°36′41″E / 47.4022°N 8.6113°E / 47.4022; 8.6113