[lid] La Spark Photonics Foundation collabora con gli insegnanti per coinvolgere gli studenti delle scuole primarie e universitarie nei campi STEM, tra cui la produzione avanzata e i semiconduttori.

Nel 2019, Kevin McComber ’05, PhD ’11 era al MIT lavorando sulla fotonica integrata (dispositivi basati su chip che inviano e ricevono segnali utilizzando la luce) e ha deciso di assumere qualcuno per progettare chip fotonici. L’esperienza gli ha fatto capire quanto poca competenza abbia la forza lavoro statunitense nella progettazione fotonica integrata, un problema che fa parte di una più ampia carenza di lavoratori nella produzione di semiconduttori.

L’intuizione cambierebbe la traiettoria della carriera di McComber.

Nonostante all’epoca non avesse esperienza nella progettazione fotonica, McComber decise di lasciare il MIT e avviare una società di servizi di progettazione fotonica chiamata Spark Photonics. Per affrontare direttamente la carenza di talenti di cui è stato testimone, McComber e il suo co-fondatore, Al Kapoor, hanno lanciato la Spark Photonics Foundation, un’organizzazione no-profit che insegna agli studenti delle scuole primarie e universitari i concetti di STEM e produzione avanzata, utilizzando semiconduttori e tecnologie fotoniche.

Negli ultimi due anni, la Spark Photonics Foundation ha facilitato il suo programma di apprendimento basato su progetti, chiamato SparkAlpha, con più di 400 studenti in tutto il Massachusetts.

“La Fondazione è nata dal riconoscimento della necessità di lavoratori e dalla riflessione a lungo termine su ciò che ha più senso, non solo per noi ma per il Paese, per colmare il divario nella fotonica e nella produzione di semiconduttori in modo più ampio”, afferma McComber.

Il programma SparkAlpha espone gli studenti alle applicazioni della fotonica integrata, che comprende aree come il rilevamento chimico e la visione artificiale, e li sfida a concettualizzare prodotti creativi basati sulla fotonica per risolvere problemi. Prevede anche viaggi alle università locali e alle aziende che lavorano nella catena di fornitura dei semiconduttori. Alla fine del programma, gli studenti presentano le loro idee in un evento che McComber paragona allo show televisivo “Shark Tank”.

“Porta gli studenti fuori dalla classe, e questo è ciò che riteniamo sia un grande valore, soprattutto per le scuole che hanno difficoltà a elaborare programmi di studio rilevanti per il 21° secolo”, afferma McComber. “Possiamo presentarci e dire che siamo un’azienda che ha bisogno di persone che facciano questo, e vi metteremo in contatto anche con altre aziende che hanno questa esigenza. La maggior parte delle scuole primarie e secondarie e anche molte università hanno difficoltà a stabilire questi collegamenti”.

Oltre a insegnare agli studenti, la fondazione sta cercando di educare le comunità e costruire collegamenti tra le scuole primarie, l’industria e le università locali.

“Le persone tendono a pensare al settore manifatturiero come a una carriera per studenti che non sanno pensare o che sanno solo fare cose ripetitive con le mani”, afferma McComber. “Non è assolutamente così. Lo so perché ho lavorato nel settore manifatturiero prima di avviare Spark. Stiamo cambiando le conversazioni sulla produzione con insegnanti, consulenti di orientamento, presidi, genitori: l’intera sfera di influencer degli studenti”.

Fare il salto

Il viaggio di McComber al MIT è iniziato molto prima che presentasse la domanda alla scuola.

“In terza elementare ho capito che amo la matematica”, spiega McComber. “Un insegnante mi ha detto: ‘Se ami la matematica, dovresti fare l’ingegnere, e se vuoi diventare un ingegnere dovresti andare al MIT.’ Al 7° anno decisi che volevo sicuramente andare al MIT.

McComber si è laureato in scienza e ingegneria dei materiali al MIT. Durante quel periodo, gravitava verso il lavoro con le mani. Quando decise di restare al MIT per il suo dottorato di ricerca con il professor Lionel Kimerling, iniziò ad armeggiare con le macchine fotoniche di Kimerling. I tentativi non si sono mai fermati e nei sei anni successivi McComber ha continuato a conseguire il dottorato in fabbricazione fotonica integrata, studiando la produzione di dispositivi su scala chip per la manipolazione e il rilevamento della luce.

Quando McComber si laureò nel 2011, aveva trascorso 10 anni al MIT e pensava che se ne sarebbe andato per sempre. Ha trascorso gli anni successivi lavorando nella produzione di chip presso Intel prima di passare a ruoli di consulenza aziendale.

Poi, nel 2018, ha ricevuto una chiamata da Kimerling. Il MIT aveva avviato un programma integrato per la forza lavoro nel campo della fotonica e Kimerling voleva che McComber si unisse al team. Non poteva resistere.

Il lavoro faceva parte di un programma finanziato dal governo federale chiamato AIM Photonics, la cui missione è far avanzare l’industria della fotonica integrata negli Stati Uniti

“Parte della posizione consisteva nell’avviare servizi di progettazione nel campo della fotonica integrata perché negli Stati Uniti non esistevano servizi del genere”, ricorda McComber. “Non ero esperto di design, quindi andavo in giro a chiedere ad altre persone di avviare uno studio di design. Nessuno voleva”.

Con la benedizione di Kimerling, McComber decise di lasciare il MIT e avviare una società di progettazione fotonica con Kapoor.

Da allora, Spark Photonics ha aiutato aziende di tutte le dimensioni nella progettazione di fotonica integrata. L’azienda ha inoltre ampliato i propri servizi collaborando con organizzazioni che offrono software di progettazione e strutture di fabbricazione, fornendo servizi end-to-end per la progettazione fotonica integrata scalabile.

Il lavoro rese McComber profondamente consapevole della carenza di talenti nel campo della fotonica integrata e pensò a un modo per integrare la formazione della forza lavoro svolta al MIT.

“ C’è questo enorme imbuto di potenziali talenti nel settore manifatturiero che si riduce nelle scuole elementari, medie e superiori, per poi diventare estremamente piccolo all’università e nelle scuole di specializzazione”, spiega McComber. “Invece di litigare per un piccolo pezzo alla fine di quell’imbuto, volevamo andare a monte e affrontare la parte più grande. Ci sono ampi settori di questo tipo, come le minoranze sottorappresentate e le ragazze, che tradizionalmente non vengono affrontati dall’imbuto STEM, quindi abbiamo detto che se fossimo riusciti a spostare l’ago verso quel punto più alto, avremmo potuto davvero fare una grande differenza.”

Il lavoro della Spark Photonics Foundation è iniziato in Massachusetts con una sovvenzione del governo federale nel 2021. Quell’autunno, McComber ha aggiunto la programmazione di Spark a un corso di imprenditorialità alla Chelmsford High School. Il primo dipendente di Spark ha eseguito il programma successivo in un’introduzione al corso di ingegneria alla Lowell High School. Nell’ambito dei programmi, gli studenti hanno visitato il Middlesex Community College e la società di elettronica di precisione Mycronic a Tewksbury, nel Massachusetts, mentre realizzavano le loro soluzioni.

Alla fine, gli studenti hanno affermato che il curriculum ha aumentato la loro conoscenza delle carriere manifatturiere avanzate e li ha resi più interessati ai campi STEM. Gli insegnanti hanno inoltre ritenuto che il programma di Spark costituisse un’impalcatura pratica per insegnare concetti più astratti.

“A Lowell, l’insegnante all’inizio era molto restia perché deve insegnare un sacco di cose per portare a termine il programma”, dice McComber. “Ma una volta che ci è riuscita, ha scoperto che poteva usare questo programma tangibile per sovrapporre tutti gli altri concetti che stava insegnando. Alla terza settimana, aveva praticamente buttato via il suo curriculum pianificato e aveva utilizzato il nostro come piattaforma per rendere le cose tangibili per gli studenti. Non è un evento insolito.”

In totale, finora il programma è stato eseguito in 22 aule, ma il principale fattore limitante è che il team di Spark deve ancora recarsi nelle scuole per attuarlo. L’azienda ha recentemente ricevuto un’altra sovvenzione federale che dovrebbe accelerarne la capacità di espansione.

Le lezioni diventano virtuali

Il 27 settembre, il Dipartimento della Difesa ha annunciato di aver assegnato alla Spark Photonics Foundation un finanziamento per creare un programma di formazione virtuale per gli insegnanti per estendere il suo curriculum in tutto il paese. La fondazione ha già iniziato a ospitare seminari di sviluppo professionale con insegnanti di livello K-12, tenuti presso la Western New England University a Springfield, Massachusetts, dove apprendono l’industria della fotonica e i possibili percorsi di carriera per gli studenti.

“Quando entriamo in un’aula, non conosciamo la classe, ma l’insegnante sì”, afferma McComber. “Sanno quali studenti hanno difficoltà a comprendere i materiali presentati visivamente, o quali hanno esigenze di apprendimento della lingua inglese, o quali rientrano nei piani educativi individuali. Pensiamo che attraverso questo nuovo modello non solo potremo distribuirlo a più insegnanti, perché li stiamo formando tramite Zoom, ma potranno poi adattarlo alle loro classi.”

Spark ha anche lanciato un secondo programma, chiamato SparkBeta, in cui gli studenti imparano il linguaggio di codifica Python e lo usano per progettare chip fotonici.

“In SparkBeta, gli studenti realizzano effettivamente la progettazione dopo circa sei ore di lezione”, afferma McComber. “È accessibile a tutti e riteniamo che il programma abbia un grande futuro perché unisce design e formazione nella nostra attività e abbatte molte barriere per indurre gli studenti a pensare a percorsi di istruzione e carriera a cui non avevano mai pensato prima .”

Ciò raggiunge un obiettivo chiave per la fondazione: non solo fornire competenze agli studenti, ma anche mettere la produzione avanzata sulla mappa per le scuole di tutto il paese.

“Stiamo cambiando il discorso perché gli insegnanti forse non avrebbero mai pronunciato la parola fotonica o addirittura semiconduttori se non fossimo stati presenti”, afferma McComber. “Ora stanno vedendo che questo è sostenuto dall’industria e sostenuto dalle università. Stanno vedendo che creare una forza lavoro nel settore dei semiconduttori è una priorità nazionale”.