Laboratoires virtuels – Travailler avec du matériel coûteux et des expériences dangereuses aussi pour les étudiants

Christina Schindler et Cornelius Weiß avec l'ellipsomètre réel dans la salle blanche. (Photo : Mark Siaulys Pfeiffer)

Comme dans la réalité : un jumeau numérique complet existe déjà pour l'ellipsomètre, qui se trouve dans la salle blanche du laboratoire. (Graphique : Corneliu Weiß)

Les laboratoires hybrides peuvent élargir les ressources limitées des laboratoires physiques, qui nécessitent de l'espace et des moyens financiers, en intégrant une composante virtuelle et numérique. Le laboratoire virtuel HM pour l'étude de la micro- et nanotechnologie permet aux étudiants de réaliser des expériences dangereuses ainsi que de manipuler du matériel coûteux.

Les sciences appliquées, cela signifie également dans les disciplines d'études à l'Université de Munich (HM) une part importante de pratique. Par exemple, dans l'étude de la micro- et nanotechnologie, les étudiants réalisent lors de leurs stages des expériences réelles en laboratoire. Cela comporte un double risque : d'une part, parce que le matériel dans le domaine des semi-conducteurs et de la nanotechnologie est souvent très coûteux, d'autre part, parce que certaines expériences sont risquées, comme la manipulation d'acides corrosifs. Une équipe de chercheurs dirigée par le Prof. Dr. Christina Schindler et le Dr. Cornelius Weiß à la faculté des sciences naturelles appliquées et de la mécatronique de la HM est donc en train de créer un jumeau numérique du laboratoire HM.

Les laboratoires virtuels offrent de nombreuses possibilités aux étudiants

La reproduction 1:1 des laboratoires dans l'espace virtuel ouvre de nombreuses possibilités : les étudiants peuvent mieux se préparer à leur temps de présence et se familiariser à l'avance avec l'environnement du laboratoire. Ils peuvent déjà clarifier leurs questions en amont. Les erreurs qui seraient dangereuses pour la sécurité restent sans conséquences, par exemple pour la santé, dans un laboratoire virtuel. Et l'apprentissage de la matière se fait de manière ludique. Des expériences entières ou des parties d'expériences peuvent être testées et apprises comme dans un jeu vidéo. « Je vois l'avantage principal de la VR (réalité virtuelle) dans le fait qu'elle permet de transmettre de manière claire et ludique des contenus complexes spécifiques à un domaine et des phénomènes scientifiques, qui autrement sont difficiles à saisir ou à visualiser », explique Weiß à propos de la didactique.

Il est prévu de programmer un jour un jumeau numérique complet de l'Université de Munich – mais cela prendra encore plusieurs années. Actuellement, un jumeau numérique du soi-disant salle blanche est en cours de réalisation, un laboratoire où la concentration de particules, de particules ou de germes en suspension dans l'air est très faible, et qui ne peut être pénétré qu'en portant des vêtements de protection. Lors d'une visite à 360°, il est possible d'explorer la salle blanche, et les jumeaux numériques de certains appareils, comme l'ellipsomètre ou le profilomètre, peuvent déjà être utilisés.

Collaboration internationale

Les possibilités de collaboration internationale sont également passionnantes : dans le cadre d'un programme Double Diplôme du master en micro- et nanotechnologie à la HM, en partenariat avec l'Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) à Québec, Canada, les crédits sont reconnus mutuellement et deux diplômes sont délivrés simultanément. À l'avenir, il sera possible pour les étudiants d'accéder mutuellement aux laboratoires virtuels de chaque institution, afin d'utiliser différents équipements et de se préparer par exemple à un séjour à l'étranger.