Mechatronica. Voorspelbaar gedrag in een onvoorspelbare omgeving. Intreerede. Rob Munnig Schmidt

Mechatronica Voorspelbaar gedrag in een onvoorspelbare omgeving. Intreerede Rob Munnig Schmidt

24 januari 2007

Mechatronica, voorspelbaar gedrag in een onvoorspelbare omgeving

Mechatronica, voorspelbaar gedrag in een onvoorspelbare omgeving.

Rede uitgesproken door Rob Munnig Schmidt op woensdag 24 januari 2007 ter gelegenheid van zijn ambtsaanvaarding als hoogleraar in de Faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek & Technische Materiaalwetenschappen om werkzaam te zijn op het vakgebied “Mechatronics”.

1

Rob Munnig Schmidt

2


Mijnheer de Rector Magnificus, Leden van het College van Bestuur, Collegae hoogleraren en andere leden van de universitaire gemeenschap, Zeer gewaardeerde toehoorders, Dames en Heren,

3

Rob Munnig Schmidt

Inleiding Daar sta ik dan als hoogleraar in het oudste technologie bolwerk van het Nederlands academisch onderwijs, pontificaal in het professorale ambtsgewaad. Velen waaronder ikzelf hebben dit niet zien aankomen al lijken maar weinig mensen achteraf verrast te zijn. Ondanks de typisch universitaire benoemingsprocedure is het achteraf heel snel gegaan en ook deze dag kwam sneller dan ik gedacht had. Hoewel een intreerede op de toekomst gericht hoort te zijn wil ik toch in het verleden beginnen en ik heb daar meerdere redenen voor. Ten eerste geeft het de achtergrond van de ontwikkeling van het mechatronisch vakgebied in het zuiden van het land tot de internationaal erkende competentie die het nu is. Ten tweede is het een introductie van mijzelf omdat ik dit van zo nabij heb meegemaakt. Het verklaart veel van de fascinatie die ik voor dit vak voel en geeft de argumentatie waarom ik hier in deze hoedanigheid voor u sta. En ten derde is het een voorbeeld van een belangrijke innovatie die in de huidige tijd naar mijn volle overtuiging niet meer mogelijk zou zijn. De kennelijk niet meer te keren trend naar risicomijdend financieel beleid zorgt ervoor dat technisch onderzoek in de westerse landen en zeker in Nederland steeds vaker op de korte termijn gericht is, terwijl de concurrentie in Azië steeds vaker ook fundamenteel onderzoek doet. Gezien de grote waarde van de industrie voor de Nederlandse economie is dat een levensgevaarlijke ontwikkeling. Ik neem u mee naar het moment waarop in het Philips Natuurkundig Laboratorium vrijwel gelijktijdig binnen de zelfde researchgroep de video langspeelplaat en de waferstepper zijn uitgevonden. Twee revolutionair nieuwe technologieën die de basis hebben gevormd voor zowel het succes van ASML als de wereldwijde toepassing van optische dataregistratie zoals Compact Disc en DVD. Ik zal laten zien welke belangrijke rol het vak mechatronica bij beide ontwikkelingen heeft gespeeld. Na de historische achtergrond zal ik de actuele trends in mechatronica aangeven die bepalend zijn voor het toekomstig onderzoek. Dit alles met behulp van meer recente voorbeelden. Van daaruit zal ik mijn visie met u delen over de rol die mijn leerstoel binnen dit vakgebied op de Technische Universiteit Delft kan spelen ten aanzien van onderwijs, onderzoek en valorisatie. 4


Historische achtergrond, het Philips Nat. Lab. Mijn verhaal begint op het Philips Natuurkundig Laboratorium eind zeventiger jaren toen de principes van Gilles Holst, de oprichter van het Nat Lab, nog niet helemaal als verouderd werden gezien. Onderzoekers krijgen een hoge mate van vrijheid, werken in multidisciplinaire teams ongehinderd door budgetten en industriële bemoeienis aan zaken die ze zelf het meest boeit.* Die multidisciplinaire samenwerking tussen de onderzoekers was altijd één van de grote waarden van het NatLab en juist rondom de Optische Groep was in die tijd een bijzondere combinatie van talenten beschikbaar om te werken aan de videolangspeelplaat en de “Silicon Repeater”, de eerste “waferstepper”. Ik wil hier geen specifieke personen noemen omdat ik dan zeker mensen onrecht doe, maar in één gebouw waren experts werkzaam in optica, dunne lagen, materiaalkunde, snelle analoge en digitale elektronica voor dataverwerking, coderingstechnieken, onderzoek aan IC fabricage, regeltechniek en mechanica. In deze omgeving van de onbegrensde mogelijkheden werd ik in 1977 als jonge medewerker aangenomen. Met mijn achtergrond als werktuigkundig ingenieur in de fijnmechanische techniek met de nodige in de privésfeer opgebouwde kennis van analoge elektronica zag men wel mogelijkheden om mij nuttig in te zetten. Ik begon binnen het “Silicon Repeater” team als regeltechnicus en elektromechanisch ontwerper van de diverse bewegingssystemen en kwam daarbij al snel in contact met de mensen die aan de videolangspeelplaat werkten. Destijds realiseerden wij ons nog niet dat wij in de optische groep als pioniers een nieuw vakgebied aan het ontginnen waren. Een vakgebied dat later bekend zou worden onder de naam Mechatronica. Vooral vanwege het feit dat de echte mechatronische doorbraak bij de wafersteppers gebaseerd is op kennis uit de videolangspeelplaat ontwikkeling zal ik eerst kort het ontstaan daarvan belichten om daarna dieper in te gaan op de wafersteppers zelf.

* zie stellingen van Holst opgetekend door HBG Casimir,, Appendix [1]

5

Rob Munnig Schmidt

De videolangspeelplaat (VLP) Destijds had je voor muziek alleen nog maar de grammofoonplaat en cassetterecorder en voor film de videorecorder. Hoewel koopvideo’s later zeer populair zouden worden meende men toen nog dat het erg kostbaar zou zijn om banden vooraf op te nemen. Een grammofoonplaat voor video zou dat probleem voor eens en voor al oplossen. Persen van een grammofoonplaat kost immers bijna niets. Helaas vereist het vastleggen van videobeelden in analoge techniek een bandbreedte van meer dan 4 MHz. Dat is ter vergelijking een 100 keer hogere frequentie dan nodig is voor de weergave van geluid met 20 kHz in stereo. Gezien de moeite die het bij de grammofoon al kostte om die 20 kHz goed weer te geven werd video op die manier niet mogelijk geacht! De doorbraak in het denken was gebaseerd op het inzicht dat met optiek en een laser als lichtbron een veel grotere dichtheid van gegevens uitgelezen kan worden dan met mechanische aftastmiddelen. Het registreren van 22 kHz op een grammofoonplaat, die 33 toeren per minuut draait, geeft namelijk op de binnenste groef waar de snelheid het laagst is een af te tasten minimale golflengte van ongeveer 10 micrometer. De VLP in een van de eerste Met optische technieken op basis van brochures een Helium Neon Laser lichtbron met een golflengte van 633 nanometer is het echter mogelijk details van ongeveer een micrometer te onderscheiden met de juiste optiek. Dat betekent globaal een factor 10*10 = 100 keer zo klein oppervlak per detail dus voldoende voor de opslag van een uur beeldinformatie op een plaat ter grootte van een normale grammofoonplaat.

Aanvankelijk werden wat proeven gedaan met een methode om de filmbeeldjes op een plaat zo groot als een langspeelplaat te schrijven ongeveer zoals bij een microfilm. Al snel realiseerde men zich echter dat het uitlezen van het beeld en omzetten naar TV informatie kostbare elektronica zou vereisen in elke speler bij de consument.

6


Verder wordt bij het afbeelden van een gewoon beeldje erg inefficiënt omgesprongen met de beschikbare ruimte zodat de informatiedichtheid toch niet voldoende zal zijn. Om die reden is men overgestapt op een systeem waarbij het video signaal waarmee de beeldlijnen in een beeldbuis worden beschreven omgezet wordt in een code van putjes met een variabele frequentie. Het geluid werd daarmee gecombineerd door het in de variatie van de lengte van de putjes vast te leggen. Die putjes werden vervolgens als een groef op de plaat geschreven en met een lichtbundel Putjes in een videoplaat uitgelezen. Dit was een volstrekt revolutionaire denkwijze. De concurrentie (RCA) probeerde toen nog met een naald de informatie uit een groef te lezen ondanks de problematiek van de eerder genoemde hoge frequenties. Het moet gezegd dat het hen zelfs nog gelukt is dat mechanische systeem werkend te krijgen wat op zich een grote prestatie mag heten. Het optische systeem van Philips had echter het voordeel dat er geen mechanisch contact meer was met de plaat, zodat de gevoeligheid voor beschadigingen aanmerkelijk kleiner was.

Het optische afspeelprincipe

Een probleem was echter dat de opneemkop geen mechanische groef meer kan volgen en men moest zijn toevlucht zoeken in een actieve sturing van de optische aftaster.

Eigenlijk was het oplossen van dat probleem de cruciale doorbraak van de echte Precisie Mechatronica. Uit het signaal uit de Fotodiode is het namelijk mogelijk om met wat extra optische elementen de relatieve positie van de optische aftaster ten opzichte van het spoor af te leiden en met kleine luidsprekerspoelen dit spoor laten volgen door middel van een echt snel positie regelsysteem. 7

Rob Munnig Schmidt

positiefout Gewenste positie

+

ε

correctie

aandrijving

werkelijke positie

meting

-

Lichtpen

Optische plaat

Luidspreker spoelen

Positie regelsysteem

Magneetsysteem

Beweging van de aftaster met behulp van luidspreker spoelen

Dit systeem moest een spoor van 0,4 µm (micrometer is één miljoenste meter) breedte met een onderlinge afstand van 1,6 µm volgen op een schijf die tot wel 30 omwentelingen per seconde maakte en dat met een nauwkeurigheid beter dan 0,2 µm over een totale schijf van 30 cm diameter. Dit betekent een precisie van beter dan 1 : 1000.000.

Afmeting en afstand van de putjes in een videolangspeelplaat

Bovendien moest een dergelijk positie regelsysteem ook de nodige spoorafwijkingen kunnen bijhouden. Vandaag gebeurt dit alles zelfs in de goedkoopste CD-spelers met speciale digitale IC’s die al het regelwerk doen, echter in die tijd moest elk regelsysteem met operationele versterkers, RC netwerken en instelpotmeters worden afgeregeld. Van VLP naar CD De videolangspeelplaat is zelf geen groot succes geworden. De plaat moest erg snel draaien en was daardoor niet bepaald geruisloos en de voorbespeelde videoband bleek achteraf toch met speciale machines betrekkelijk goedkoop te maken te zijn zodat de marktvraag naar de VLP beperkt bleef. 8


Ook was vooral de marketing een probleem. Het aanbod van films was in het begin erg beperkt ondanks de samenwerking met MCA en wellicht was het assortiment een beetje te braaf en Philips was aanvankelijk de enige aanbieder. Later is de firma Pioneer uit Japan met het systeem verder gegaan en het is nog lang op de markt gebleven vooral in Japan. Het echte succes kwam uiteraard met de toepassing van dit optische registratie principe in de CD waarbij geluid digitaal op de optische plaat wordt geschreven. Mede door de samenwerking met Sony werd dit de echte vervanger van de grammofoonplaat en door verdere ontwikkelingen aan digitalisering en compressie van videosignalen is in de DVD het oorspronkelijke idee van de videolangspeelplaat gerealiseerd.

Van grammofoonplaat tot CD

De mechatronische doorbraak Voor het vervolg is het vooral van belang te onthouden dat in een Video langspeelplatenspeler een optische opnemer via snelle positie regelsystemen met een grote nauwkeurigheid op de juiste plaats wordt gebracht en gehouden. De doorbraak was daarbij het inzicht dat de traditionele indirecte methoden van aandrijving niet meer voldeden en dat een directe aandrijving op basis van geregelde krachten aanmerkelijk sneller en nauwkeuriger kan werken. Zoals uit het hiernavolgende zal blijken is deze kennis gebruikt in het positie regelsysteem van de waferstepper om deze zijn superieure prestaties te geven.

9

Rob Munnig Schmidt

De “Silicon Repeater”, de eerste waferstepper.

Silicon Repeater 1 en 2

De waferstepper is een Philips uitvinding die gebaseerd is op eerder onderzoek aan machines voor het maken van maskers (reticles) voor de halfgeleider industrie welke gebruikt worden bij de productie van geïntegreerde schakelingen (IC’s). Een IC bestaat uit miljoenen transistoren, weerstanden en condensatoren op een silicium ondergrond die met zeer dunne bedrading met elkaar verbonden zijn.

Elektrische “bedrading” binnen een IC. Het omringende isolerende Si-oxide is verwijderd voor de foto.

Zowel voor de realisatie van de genoemde componenten als voor de bedrading is het nodig het silicium te bewerken door etsen, oxideren of het materiaal lokaal te voorzien van andere chemische elementen. Het proces om dit te bewerkstelligen heet lithografie*. (* Uit het Grieks: “lithos”=steen en “grafein” = schrijven)

10


Hierbij worden eerst de gewenste patronen in een lichtgevoelige resist aangebracht via een optisch systeem dat een masker of “reticle” op de resist afbeeldt. Vervolgens kan na ontwikkeling van de resist het silicium chemisch worden bewerkt op plaatsen waar de resist is belicht.

Voorbeeld van een lithografische productiestap van een IC

Essentieel hierbij is dat een groot aantal keer de zelfde processtap wordt doorlopen waarbij diverse lagen met grote nauwkeurigheid op elkaar moeten worden aangebracht. In de figuur hiernaast is schematisch het productieproces van een IC geschetst.

De kleinste details van een IC bepalen zowel het energiegebruik als de functionaliteit en samen met het aantal IC’s dat per tijdseenheid geproduceerd kan worden (de productiviteit) is dat dan ook de belangrijkste economische factor in de halfgeleiderindustrie. Beide factoren worden vooral bepaald door het belichtingssysteem. Hoewel de verschillende andere processtappen zeker ook geschikt moeten zijn om een hoge mate van verfijning te kunnen realiseren, is het toch deze processtap die van doorslaggevend belang is geweest voor de ontwikkelingen in de halfgeleider industrie. 11

Rob Munnig Schmidt

Kern in dit lithografie proces is dan ook het optische systeem dat de patronen in de resist belicht. Oorspronkelijk gebeurde dat door een directe verlichting via een masker dat boven de wafer werd aangebracht zoals afgebeeld in de bovenste figuur op de vorige pagina. Dat is echter ongeschikt voor kleine details en om dat op te lossen zijn de waferstepper en de waferscanner uitgevonden. De waferstepper, zoals hiernaast schematisch afgebeeld, is in feite een optisch projectiesysteem dat een masker (reticle) verkleind afbeeldt op de siliciumschijf (de wafer). Om een hoge resolutie (afbeeldingverfijning) te kunnen realiseren moeten de beeldjes klein zijn. Dit betekent dat de wafer niet in één keer belicht kan worden omdat anders de lens onmaakbaar groot en kostbaar zou worden. De wafer wordt dus in stappen belicht waarbij hij op een verplaatsingsplatform (waferstage) is gelegd die de wafer tussen twee belichtingen in zeer nauwkeurig een stapje verplaatst.

Verlichting

Masker (Reticle)

Lens 1:4

Wafer

Waferstage

Omdat het stapsgewijs belichten veel tijd kost moet dat stappen uitermate snel gebeuren om de productiviteit hoog te houden. De snelheid van die zeer nauwkeurige verplaatsing is daarom dan ook precies het aspect waar vanaf het eerste begin veel aandacht aan is geschonken. Door het oog van de naald! Maar voordat ik dieper op de techniek inga wil ik u een anekdote vertellen over hoe het een haar had gescheeld of ASML had helemaal niet bestaan. Dat kwam zo: Ondanks dat Philips deze machine zelf had uitgevonden en wij op het Nat Lab al aan de tweede versie werkten, was het de vraag waarom wij die tweede machine nog zouden moeten afmaken. Er was namelijk een concurrerende machine verkrijgbaar uit de Verenigde Staten van de firma David Mann . Uiteraard niet zo goed als onze machine maar wat van ver komt…..

12


Ik kan u vertellen dat het op deze manier bijna gelukt was om de hightech industrie in het zuiden van het land een gevoelige knauw te geven. Het was een spannende vergadering op het Natlab. De projectleider van het IC lab wilde liever die David Mann machine kopen. Hij had meer vertrouwen in iets dat er al was dan in de semiwetenschappelijke vruchten van zijn eigen collega’s. De directie wilde liever cash-out vermijden en ook waren ze nog behoorlijk ambitieus en hoopten dat ons interne project snel klaar zou zijn. Zo vroegen ze de projectleider van het Silicon Repeater team om de planning. De opmerking dat onderzoek niet valt te plannen was ook toen al niet populair….. Maar gelukkig na de nodige woorden werd alsnog voor de eigen ontwikkeling gekozen. Uiteraard moesten wij een echte planning gaan hanteren die uiteindelijk verrassend goed is aangehouden!

De nauwkeurige “waferstage” In de Silicon Repeater was de precisie van de zelfde orde als bij de hiervoor beschreven Videoplaat. Hier moest geen snel langs- bewegend spoor worden gevolgd, maar de wafer in stapjes worden belicht. Het was daarbij van groot belang dat deze belichtingen allemaal binnen een tiende micrometer nauwkeurig op de juiste plaats werden gezet op een wafer van toen nog maar ca 12 cm. Beter dan 1 op een miljoen dus. Het mechatronisch belangrijkste onderdeel uit deze machine was en is eigenlijk nog steeds de waferstage, het platform dat voor de nauwkeurige verplaatsing van de wafer moet zorgdragen. De eerste waferstages werden aangedreven door hydraulische lineaire motoren. Hydraulica was een vakgebied waar Philips indertijd ruime ervaring mee had bij het ontwerpen van nauwkeurige gereedschapswerktuigen. Met de nodige aandacht voor de lagering en regeling van oliedruk en temperatuur kon daarmee ook een zeer nauwkeurig plaatsingssysteem gerealiseerd worden. Deze waferstage kon ook toen al zonder veel moeite nauwkeurigheden van 100 nm realiseren.

13

Rob Munnig Schmidt

Waferstage met hydraulische lineaire motoren

Toch was hydrauliek met zijn hogedruk pompen en olie zwetende afdichtingen niet het ideale medium in een cleanroom van een IC fabriek en er was dus behoefte aan een elektrische variant. Dankzij het voorgaande onderzoek aan de Video langspeelplaat met zijn zwevende optische aftaster met een snel positie regelsysteem is bedacht dat die principes ook van toepassing kunnen zijn op grotere positioneersystemen. Dit ondanks het intuïtieve nadeel van een grote massa. In die tijd werden lineaire bewegingen meestal gerealiseerd door gebruik te maken van schroefspindels en draaiende motoren. Dit is op zich niet erg nauwkeurig maar door het toepassen van een beperkt positie regelsysteem kon men fouten in zekere mate wegregelen al zorgde wrijving en speling voor de nodige problemen. Veel nauwkeuriger dan ongeveer 10 micrometer kon men dan ook niet komen. Feitelijk was het fundamentele denken van de traditionele werktuigbouwer gebaseerd op het inzicht dat iets eerst goed vast moet zitten en dat je het van daaruit kan verplaatsen. Bij de optische aftaster was dat echter helemaal anders.

14


In principe hangt deze vrij in de ruimte en de positie wordt bepaald door het uitoefenen van elektromagnetische krachten op basis van het verschil tussen de actuele positie en de gewenste positie. Het inzicht dat daarmee een stabiele positie met een soms hogere nauwkeurigheid dan zelfs een vaste verbinding kan worden gerealiseerd is niet voor de hand liggend voor mensen die gewend zijn concrete ontwerpen te realiseren. Dit is duidelijk één van de blijvende uitdagingen in het onderwijs in mijn vakgebied. Ik moet hier nog opmerken dat er wellicht om die reden maar één werktuigbouwer per tijdseenheid aanwezig was in de Optische groep! De vroegste doorbraken in de mechatronica zijn dus eigenlijk vooral door fysici en elektronici gerealiseerd………. Maar dat terzijde. Door toepassing van de aandrijfprincipes uit het VLP onderzoek in het zoveel grotere systeem van de waferstage is het gelukt een superieur elektrisch alternatief voor de hydraulische motoren te ontwerpen dat een van de grootste obstakels voor de klantacceptatie van de eerste Philips wafersteppers heeft weggenomen.

Waferstage met elektrische lineaire motoren

15

Rob Munnig Schmidt

Het zal u nu duidelijk zijn hoe deze beide activiteiten in hun onderlinge mechatronische samenhang in de zelfde researchgroep geleid hebben tot de twee besproken technische ontwikkelingen met een invloed ver buiten onze landsgrenzen. -Optische registratie van data, beeld en geluid is inmiddels niet meer weg te denken uit het dagelijks leven. -De Philips waferstepper is binnen het ASML concern uitgegroeid tot de prestatie bepalende machine voor de IC industrie. De optische registratie laat ik hier verder rusten. Het is genoegzaam bekend dat Philips op dit moment meer van de patenten dan van de industrialisering profiteert. De productie van CD- en DVD-spelers is vrijwel volledig in Aziatische handen en in Nederland zijn er feitelijk alleen nog bedrijven die geld verdienen met de productiemachines voor de drager zelf en wat afgesplitste afdelingen die zich met loopwerkontwikkeling bezighouden. En natuurlijk de handel in CD’s en DVD’s maar de vraag is hoe lang het nog duurt voor internet het gebruik van losse informatie dragers overbodig maakt. Ik zal nu verdergaan met de ontwikkelingen in de mechatronica in de latere jaren bij ASML en van daaruit het vakgebied verder uitdiepen.

16


De waferscanners De eerste machines waren nog echte “steppers”. Chip voor chip werd stapsgewijs afgebeeld op de wafer en de “waferstage” moest de wafer tussen die belichtingen nauwkeurig verplaatsen. Dit is tot ongeveer 1997 voor alle ASML machines de standaard werkwijze geweest maar er was ook een andere, betere manier. Door niet stilstaand te belichten maar te “scannen” kan een groter veld belicht worden en worden beeldfouten uitgemiddeld. Dit betekent echter dat zowel het masker als de wafer moet bewegen en wel zo precies op elkaar afgestemd Reticlestage dat het beeld van het masker (reticle) zowel in plaats als snelheid precies goed komt ten opzichte van de wafer. Intussen was de vereiste nauwkeurigheid met een waarde beter dan 10 nm (nanometer) al ver onder de 100 nm van de Silicon Repeater gekomen. Voorwaar een zware randvoorwaarde.

Overzicht van de stages van de eerste waferscanner van ASML.

Waferstage

Voor de scanner moest wel een reticle stage ontwikkeld worden die vanwege de verkleining door de projectielens 4 x zo snel moest bewegen als de waferstage. De waferstage zelf moest zo ontworpen worden dat er door de beweging geen stoorkrachten zouden optreden die de lens en andere kritische onderdelen in trilling zou brengen.

17

Rob Munnig Schmidt

De meest doorslaggevende ontwikkeling voor de scanner was daarbij de toepassing van de Lorentz motor.

Magneten

Spoel ( stroomsterkte I )

F = f (B,I) Inductie B Lorentz motor

Deze bestaat uit een losse koperspoel in een permanent magneetveld. Als er een stroom door de spoel loopt wordt er een kracht uitgeoefend en met die kracht kun je een massa verplaatsen. Omdat die kracht alleen van de stroom en het magneetveld afhankelijk is worden trillingen op de spoel niet aan de magneet doorgegeven en andersom. Met deze motor is het dus mogelijk om een zwevende massa alleen krachten te geven die je zelf wilt en daarmee een volledig beheerst en voorspelbaar gedrag te realiseren. Omdat de slag erg beperkt is werd deze motor alleen gebruikt voor het bijregelen van de kleine positiefouten terwijl een lange slag motor gebruikt werd voor de grote beweging zoals hieronder schematisch is aangegeven.

Regelaar

1 nm

1 mm

Lange slag

Korte slag

Lange slag motor

18


En nog sneller met twee stages De volgende stap was het toepassen van twee waferstages met als primair doel het aantal wafers per uur aanmerkelijk te vergroten bij een nog grotere afmeting van de wafer. Daarnaast kunnen belangrijke metingen zoals de ligging van voorgaande belichte lagen en de juiste scherpstelling apart gedaan worden zonder het belichtingsproces te verstoren. Hierdoor is deze machine tevens nauwkeuriger dan een “single stage” machine met als gevolg dat de opbrengst voor de klant hoger is.

De “Twinscan” Dual stage waferscanner

Deze “Twinscan” heeft uiteindelijk de doorslag gegeven in de concurrentiestrijd waardoor ASML momenteel een dergelijke sterke positie heeft.

19

Rob Munnig Schmidt

Opto mechatronica Een andere steeds relevantere mechatronische toepassing in de waferscanner is de instelling van de projectielens. In de Silicon Repeater was het nog voldoende om de onderste helft van de lens voor het focusseren op hoogte te brengen met een excenter mechanisme maar bij de huidige machines is dat al lang niet meer het geval. De lens zelf bestaat uit een groot aantal losse lens elementen. Hiervan kan een aantal individueel worden ingesteld en zelfs vervormd. De aansturing en meting hiervan komt zeer precies, zelfs nauwkeuriger dan de positie van de waferstage. Hier praten we over tienden van nanometers, ongeveer de afmeting van een atoom. Een groot verschil met de snel bewegende stages is ook dat het hier juist om zeer stabiele positionering gaat. Dus perfect stil blijven staan op een bepaalde positie en perfect stilstaan doet niets in de wereld. Zelfs een eindmaat van Invar, een metaal met zeer geringe uitzetting bij temperatuurverandering, dat gebruikt wordt in het ijkwezen om meetapparatuur te ijken, verandert geleidelijk van afmeting. Dat kan zijn doordat een kristalfout (dislocatie) verplaatst zodat rijen atomen een plaatsje opschuiven wat een maatverandering van 0,2 nm kan opleveren.

verlenging [µm/m]

Deze langzame verschijnselen zijn nog niet echt belangrijk in de waferscanners omdat alle maten voortdurend worden gekalibreerd maar op termijn wordt zelfs de tijd tussen calibratie stappen te lang om alle drift verschijnselen te compenseren.

50 40 30 20 10 0 0

2000

4000

6000

8000

10000

[dagen] Kruip van eindmaat van Invar over lange tijd

20


EUV, de volgende stap De toekomstige ontwikkelingen van de mechatronica binnen ASML hebben uiteraard betrekking op het gebruik van kortere golflengtes van het licht. De volgende generatie machines van ASML gebruiken extreem ultraviolet licht ( EUV ), dat is licht met een heel korte golflengte van 13,5 nm. Deze EUV machines zullen naar verwachting over enige tijd de kleinste resoluties voor hun rekening nemen. reticle stage

pump

lens

laser illuminator

wafer stage

Schematisch overzicht EUV scanner

Belangrijk hierbij is op te merken dat de lens geheel uit spiegels bestaat. Het feit dat deze machines geheel in vacuüm moeten functioneren, geeft daarbij een interessante uitdaging voor de integratie en bereikbaarheid van kritieke onderdelen en verder zijn spiegels gevoeliger voor fouten in de hoek positionering dan lenzen, maar er zijn ook voordelen. In vacuüm zijn meetfouten door luchttemperatuurwisselingen uitgesloten en spiegels kunnen aan de achterkant vastgepakt en gemanipuleerd worden. Dit geeft nieuwe mogelijkheden voor de mechatronici om het gedrag te kunnen beïnvloeden. Als we nu de in het volgende hoofdstuk genoemde telescoop vergelijken met de lens in de EUV machines, dan zien we dat de telescoop ook uit verschillende spiegels bestaat. Ontwikkelingen zoals bij de grote telescopen zijn dus mogelijk ook toe te passen in deze projectiesystemen.

21

Rob Munnig Schmidt

Mechatronica op macro schaal. Om de Mechatronica in een nog wat breder perspectief te plaatsen stap ik nu over naar een heel andere wereld en wel die van het ruimteonderzoek met telescopen en satellieten en het onderzoek aan kernfusie. Onze niet aflatende behoefte aan kennis van het heelal heeft al veel van ons belastinggeld geconsumeerd in ambitieuze projecten die op Europees en mondiaal niveau worden uitgevoerd. Op dit moment beraadt de astronomische gemeenschap zich over de bouw van een extreem grote “terrestrial” optische telescoop. Een van de voorstellen is de OWL, “the OverWhelmingly Large Telescope” van de ESO, “the European Southern Observatory”. De hoofdspiegel meet 100 meter in diameter en bestaat uit 3048 losse spiegels elk met een diameter van 1,6 meter die in een honingraatstructuur zijn opgesteld. De spiegels in de “OWL” Iedere spiegel kan individueel ingesteld worden om de integrale vorm zo goed mogelijk te krijgen op basis van sensoren die de positie van de verschillende spiegels ten opzichte van elkaar bepalen.

Golffront correctie met adaptieve optiek in een telescoop

Een belangrijk probleem met telescopen die op de aarde staan ten opzichte van ruimtetelescopen is de vervorming van het beeld door de lucht. Ieder van u heeft wel eens de lucht boven een heet wegdek of een kachel zien trillen en op grote schaal gebeurt dat ook als je door de lucht naar de sterren kijkt. Als je geen nadere maatregelen neemt zou een grotere telescoop dan een meter diameter geen zin meer hebben maar tegenwoordig kunnen die afwijkingen gemeten worden met een golffront analysator en vervolgens met adaptieve optiek gecorrigeerd worden.

Bij de OWL gebeurt dat in de corrector met een flexibele spiegel van 8! meter diameter die met een groot aantal actuatoren wordt vervormd. 22


Het onderzoek naar kernfusie wordt gekenmerkt door beperkingen in ruimte en veiligheid. Om die reden bouwt men in “Lawrence Livermore National Labs” van de “University of California”in de USA aan de grootste laser in de wereld. Het “National Ignition Facility” (NIF)

De NIF laser

Deze laser bestaat uit meerdere (192) Nd-glas lasers en kan gedurende 3 nanoseconden een energie van 1,8 Mega (106) Joule bij 500 Tera (1012) Watt UV licht opleveren. Op de foto hierboven is te zien wat een enorm complex hiervoor nodig is. Kijk voor de schaal naar de mensen op de voorgrond. Het doel van deze laser is om gebruikt te worden voor het opwekken van kernfusie reacties op laboratorium schaal (naar USA maatstaven gemeten dan). Een balletje van Tritium en Deuterium wordt beschoten met 192 lichtpulsen van 3 nanoseconden zodat het onder een vergelijkbare druk wordt gebracht als in het centrum van de zon. Hierdoor verdicht het extreem en is aan de voorwaarde voor kernfusie voldaan. Dit eist wel dat al deze pulsen binnen 0,5 nanoseconden tegelijkertijd aankomen met een positie nauwkeurigheid van enkele micrometers. Gezien de enorme afmetingen van de lasers (100 meter) vereist dat een nauwkeurige afregeling van alle optische elementen. Dit gebeurt met behulp van aparte meetlasers terwijl alle optische elementen met actuatoren actief worden gepositioneerd.

De zgn. “Hohlraum” waar de fusie plaatsvindt

23

Rob Munnig Schmidt

Mechatronica op microschaal Mijn volgende voorbeeld is de wereld van het heel kleine, de Micro Systeem Technologie (MST). MST is gericht op het toepassen van productieprocessen uit de halfgeleider industrie voor het realiseren van zeer kleine elektromechanische systemen (Micro Electro Mechanical Systems, MEMS) voor uiteenlopende functies. Zoals uit de voorgaande voorbeelden duidelijk is geworden bestaat een mechatronisch systeem uit een aandrijving (actuator), een meetsysteem (sensor) en een besturing. In de praktijk is de besturing een elektronische functie die goed op silicium kan worden geïntegreerd. De uitdaging ligt in het combineren van de andere twee functies. Toepassingen met MEMS sensoren zijn al langer bekend onder andere in de versnellingssensor voor airbags. Ook diverse druk sensoren vinden hun weg naar de gebruiker. MEMS Actuatoren worden op dit moment al uitgebreid toegepast in projectoren. De “Digital Multimirror Devices (DMD)” van Texas Instruments bepalen het beeld als een soort elektronische dia en worden na jaren van investeringen nu vrijwel overal toegepast.

De opbouw van de DMD van Texas Instruments De afmeting van de spiegeltjes van de “DMD” in vergelijking met de poot van een mier.

Toch zijn dit allemaal toepassingen met een harde beperking. Ze werken vanwege hun kwetsbaarheid alleen in een zeer goed afgeschermde omgeving en detecteren of manipuleren alleen fysische verschijnselen als fotonen en gasmoleculen.

24


De grote vraag is wanneer dergelijke systemen in staat zijn om vaste stoffen uit de macrowereld te manipuleren en of er daadwerkelijk geregelde mechatronische systemen op miniatuurschaal mee te realiseren zijn. Gelukkig hebben we hier in Delft een voorbeeld in onderzoek waar sprake is van het bewegen van een concreet object, in dit geval een optisch glasfiber. Hierbij is het doel het fiber automatisch optimaal uit te richten ten opzichte van een optische zender/ ontvanger.

Uitrichten van een optische fiber

Een thermische actuator. Stroom door de dunne draad (rood) aangevoerd via de probes (zwarte schaduwen) doet de draad opwarmen waardoor deze langer wordt en de grijper naar beneden laat bewegen.

Bij dit onderzoek is al zeer goed duidelijk geworden hoe moeilijk het is om deze twee werelden fysiek met elkaar in contact te brengen. Verder is ook precisie en voorspelbaarheid nog ver te zoeken bij dit soort technologieën die gebaseerd zijn op productietechnieken uit de halfgeleiderindustrie en waar de atomaire maat toch wel erg dichtbij komt.

25

Rob Munnig Schmidt

Afbakening van het Mechatronisch vakgebied voor het onderzoek. Mechatronica een verbijzondering van de werktuigbouwkunde door verregaand gebruik te maken van de in oorsprong niet werktuigkundige disciplines als elektronica, software en optica. Mechatronica is daarmee een echt multidisciplinair integrerend vakgebied gericht op het realiseren van een specifieke nuttige functie waarbij een gecontroleerde beweging bepalend is voor het resultaat.

informatie Voorwaartse sturing Gewenste positie

energie Electriciteit

warmte

positiefout

+

e

regelorgaan

actuator

mechanisme

-

werkelijke positie software

sensor hardware

Componenten van een mechatronisch systeem

Een mechatronisch systeem bestaat uit de volgende hoofdcomponenten: • • • • •

Een beweegbare mechanische constructie. Een elektrisch bestuurbare aandrijving om dit mechanisme in zijn vrijheidsgraden te laten bewegen, de actuator. Een meetsysteem om de beweging vast te stellen, de sensor. Bedrading en leidingen om energie en informatie toe en af te voeren. Een regelorgaan dat het geheel bestuurt, de software.

Het gedrag van een mechatronisch systeem wordt bepaald door al zijn elementen maar de zwakste schakel bepaalt zoals altijd het resultaat. In de praktijk is de mechanica vrijwel altijd deze prestatie bepalende factor. De stijfheid en massa van de constructie beperken de snelheid waarmee de regeling kan corrigeren en het is daarom voor echte precisie mechatronica noodzakelijk om naast de corrigerende regel sturing ook een nauwkeurige voorwaartse sturing toe te passen.

26


Deze voorwaartse sturing wordt vanuit de besturingssoftware gebaseerd op voorafgaande metingen aan het gedrag van het mechanisme (ijking of kalibratie). Voor het goed werken van voorwaartse sturing is het minder belangrijk dat het systeem snel is als het gedrag maar reproduceerbaar is. Het is dan immers mogelijk dat gedrag te compenseren en zo een verbeterde functie te realiseren. Dit voorspelbaar mechanisch gedrag van een mechatronisch systeem is de sleutel tot de precisie van de ASML machines. Onderzoek aan de mechanica is daarom blijvend van doorslaggevend belang voor de toekomstige ontwikkelingen in het vakgebied. Hoewel er ook veel onderzoek gedaan wordt naar het beheersen en voorspellen van externe storingen die op het systeem inwerken blijft er altijd een onvoorspelbare component over en daarom is toch altijd ook een corrigerende regeling noodzakelijk om het systeem “robuust” te maken. De onderlinge samenhang van de verschillende componenten in het beschreven systeem is de kern van het werk binnen de sectie “Mechatronics” in de afdeling “Precision and Microsystems Engineering” De universitaire en maatschappelijke werkomgeving. De taak van de Universiteit in de gemeenschap is van oudsher het geven van Onderwijs en verrichten van Onderzoek. Daarnaast is de laatste tijd het begrip Valorisatie toegevoegd om aan te geven dat er additionele meerwaarde te creëren is op basis van de enorme hoeveelheid beschikbare/ aanwezige kennis. Ten aanzien van het onderwijs is mechatronica zoals gezegd bij uitstek een ontwerpdiscipline. Ik richt mij dan ook in eerste instantie op de bestaande industrie die voor haar voortbestaan afhankelijk is van kenniswerkers en ontwerpers die zo snel mogelijk in de werkomgeving van de industrie kunnen integreren. In dat kader is het van belang studenten en promovendi begrip bij te brengen voor de samenhang van verschillende disciplines met als doel het efficiënt en effectief realiseren van een vooraf bepaalde functie. Die samenhang en dat overzicht vereist uiteraard voldoende kennis van de onderliggende vakgebieden en dat is dan ook de echte uitdaging van het vak mechatronica. Het is immers onmogelijk om een specialist in zowel mechanica, elektronica, dynamica, regeltechniek, thermo-mechanica, embedded software als optiek te zijn. 27

Rob Munnig Schmidt

En een generalist is meestal geen volwaardige gesprekspartner van de specialisten in ieder vakgebied. Om die reden is een mechatronicus meestal iemand met een eigen specialisme in één of meerdere deelgebieden en die meestal door ervaring voldoende kennis heeft opgedaan van de andere deelgebieden om de eisen en omstandigheden in die gebieden te begrijpen. Vanwege de diepgang in zijn specialisatie krijgt hij het respect en vertrouwen dat hij nodig heeft om binnen een multidisciplinair projectteam het gehele systeem te kunnen definiëren. Het dilemma in het onderwijs is dan ook om enerzijds de mensen voldoende diepgang te geven in enkele kernvakken maar ze tegelijkertijd de kans geven voldoende kennis op te doen van de overige relevante disciplines. Hier is geen eenvoudig recept voor daar het in grote mate van de individuele capaciteiten van de betreffende studenten afhangt. Het goed afstemmen daarvan is één van de uitdagende aspecten van deze leerstoel. Ten aanzien van onderzoek is het duidelijk dat in deze tijd de industriële laboratoria minder dan vroeger gericht zijn op echt fundamenteel onderzoek. De horizon van onderzoek en ontwikkeling in de industrie ligt nu in de meeste gevallen tussen de één en maximaal vijf jaar. In feite is het lange termijn onderzoek overgenomen door nationale laboratoria zoals TNO in Nederland en de Universiteiten. Hierbij zouden deze laatsten zich met continu onderzoek moeten richten op de meest lange termijn. Het feit dat uit de industriële laboratoria zulke belangrijke ontwikkelingen zijn voortgekomen geeft aan welke grote verantwoordelijkheid deze nationale laboratoria en Universiteiten nu hebben voor de innovatieve toekomst van ons land. In dat licht bezien is het triest dat het huidige financieringsmodel van de Universiteiten deze rol steeds meer onmogelijk maakt. Door aan te sturen op meer derde geldstroom vanuit het bedrijfsleven vraagt het een enorme visie van dat zelfde bedrijfsleven om risicokapitaal in een instelling te pompen waarvan de meeste onderzoekers een gemiddelde ervaring van 2 jaar hebben. Dit heeft tot gevolg dat er te vaak gewerkt wordt aan onderwerpen die op basis van opportunisme en korte termijn denken zijn binnengehaald en waar continuïteit ver te zoeken is. Naar mijn mening moet er dan ook iets voor in de plaats komen dat de Universiteit wel in staat stelt fundamenteel lange termijn onderzoek te doen in een breed scala van onderwerpen. 28


Het opzetten van virtuele onderzoeksinstituten in samenwerking met industriële partijen is ondanks de grote waarde naar mijn mening niet voldoende. Deze initiatieven zullen naar verwachting vanwege de korte termijn behoeftes van de betrokken industriële partners vooral leiden tot onderzoek met een horizon die niet verder reikt dan 5 jaar en dan nog alleen maar aan onderwerpen die een voorspelbaar succes zullen hebben. En juist de echt belangrijke ontwikkelingen zijn vaak onvoorspelbaar. Ja, nu zult u zeggen: “Wat dan met al die investeringen in de nanotechnologie?”. Het is inderdaad juist dat de waarde daarvan nog zeker niet vaststaat en dus is het op zich te prijzen dat dergelijke speerpunten worden ontwikkeld. Vanwege juist de onzekere uitkomst is die eenzijdige aandacht voor de nanotechnologie op zich wel een groot risico. Zeker als het ten koste gaat van ander belangrijk onderzoek dat zoals mechatronica zelf weer nodig is voor de realisatie en praktische implementatie van de resultaten van het nanotechnologie onderzoek. De sectie “Mechatronics”. Het onderzoek zelf binnen de sectie “Mechatronics” zal 3 kerngebieden omvatten: 1. Positioneersystemen. 2. Micromechatronica. 3. Opto-mechatronica. Ter ondersteuning van deze kerngebieden zullen we ook werken aan enkele zeer belangrijke basis kennisgebieden die niet voldoende worden afgedekt door anderen: 4. Tribologie 5. Subnanometer metrologie Het eerste kerngebied, het onderzoek aan positioneersystemen is gericht op snelle en nauwkeurige systemen en geleidingen. Het is een voortzetting van het onderzoek dat al langer in deze sectie wordt gedaan en sluit naadloos aan bij de ontwikkelingen in de high-tech industrie. Het beoogt alternatieven te bieden voor bestaande architecturen welke voordelig kunnen zijn in toekomstige ontwikkelingen ten aanzien van bijvoorbeeld kostprijs en precisie.

29

Rob Munnig Schmidt

Dit onderzoek biedt ook de mogelijkheid om het onderwijs optimaal af te stemmen op de verdere loopbaan van onze afstudeerders en promovendi in deze industrie. Binnen dit kader loopt er onderzoek naar een magneetgelagerde rotatie- en translatie- as voor de mastering van optische datadragers als CD, DVD en “Blue-ray”. Ook werken we aan de snelle positionering van de plaatsingsarm van een componenten plaatsingsmachine en doen wij onderzoek naar de lagering en aandrijving van assen met een extreem hoog toerental van 300.000 omwentelingen per Magneetlager voor “blue-ray” minuut. mastering Verder is recent een nieuw onderzoek opgestart naar het nauwkeurig positioneren van grotere glasplaten zoals gebruikt worden bij het vervaardigen van platte beeldschermen. Ook zullen we uiteraard onderzoek doen naar nieuwe architecturen voor nauwkeurige stages. Te denken valt aan planaire aandrijvingen met geïntegreerde metrologie. Het tweede kerngebied is de Micromechatronica. De TU Delft heeft enkele jaren geleden besloten een aantal kern onderzoeksgebieden onder te brengen in “Delft Research Centres”.

Een reparerende mier. Droom of werkelijkheid?

Voor de combinatie van mechatronica en microsystemen is het “Delft Centre for Mechatronics and Microsystems (DCMM)” opgericht waar diverse afdelingen binnen de universiteit samenwerken om de brug te slaan tussen deze beide vakgebieden in de overtuiging dat daaruit nog niet te voorspellen nieuwe ontwikkelingen zullen voortkomen.

30


Het is duidelijk dat de sectie “Mechatronics” een belangrijke rol dient te spelen bij het tot stand komen van de genoemde brugfunctie en er wordt dan ook onderzoek gedaan aan zowel geïntegreerde sensoren als nieuwe actuatoren. Vanwege de zeer geringe afmetingen zijn deze actuatoren niet meer van het elektromagnetische principe maar wordt de kracht opgewekt door het aanbrengen van temperatuurverschillen, statische elektriciteit of het piezoelektrisch effect. Dit vereist een compleet andere manier van denken en er moet nog veel onderzoek gedaan worden voor deze technologie zo ver is dat deze in een precisie-instrument kan worden toegepast.

Harde schijf geheugen

Het huidige onderzoek richt zich op een actuator waarmee de afleeskoppen van harde schijf geheugens nauwkeurig kunnen worden gepositioneerd en een sensorprincipe waarmee de kwaliteit van “inkjet printers” actief kan worden bijgestuurd. Alle zeer interessante ontwikkelingen die ons vooral leren om deze technologie betrouwbaar toe te kunnen passen. Het derde kerngebied, de Opto-mechatronica is nieuw in de sectie “Mechatronics”. Onderzoek aan adaptieve optiek wordt al op diverse plaatsen in Nederland en ook hier in Delft uitgevoerd, voornamelijk gericht op de astronomie. Mijn doel is dit verder te ontwikkelen in de richting van de optiek die nodig is voor de toekomst van de high-tech industrie zoals bij ASML. Voornamelijk bij toekomstige EUV lenzen is er behoefte aan optische correcties van temperatuureffecten en beheersing van alle beeldfouten.

31

Rob Munnig Schmidt

Het oude vak der Tribologie was oorspronkelijk een aparte activiteit binnen de Faculteit. Het is recentelijk bij Mechatronica ondergebracht omdat het essentieel is voor het ontwerp van snelle en nauwkeurige positioneersystemen. De grote ervaring in statische en dynamische lucht- en vloeistoflagers en aerodynamische aandrijving is zeer waardevol. De kennis wordt onder andere toegepast bij het onderzoek aan hoogtoeren spindels en de glasplaatpositionering. Speciaal Luchtlager

Positie metrologie is in het verleden binnen de Technische Universiteiten een vast onderdeel geweest in het onderzoek aan precisiesystemen. Intussen is dat steeds minder het geval ten gevolge van het vertrek van de betreffende hoogleraren en medewerkers en het niet invullen van deze lacune. Ik ben van mening dat kennis van nauwkeurige positiemeting een noodzakelijke voorwaarde is voor het realiseren van een mechatronische functie. Om die reden gaan wij hier onderzoek doen aan vooral dat gebied van de metrologie dat zich bezig houdt met het bepalen van extreem kleine verplaatsingen, de subnanometer metrologie. Voorbeelden zijn het pico-drift meter project waarbij we langzame verschijnselen willen meten in relaxatie van materiaal en mechanische verbindingen. Ook wordt in samenwerking met de faculteit EWI onderzocht hoe we een capacitieve sensor kunnen realiseren met een hoge stabiliteit voor het meten van verplaatsingen van tientallen picometers voor lenspositionering. De principes hierbij zijn zo fundamenteel dat deze kennis in alle gebieden van de mechatronica en het onderzoek aan nanotechnologie kan worden toegepast. Het metrologie onderzoek zal plaatsvinden in nauwe samenwerking met TNO en het NMI van Swinden laboratorium. Tenslotte rest dan mij nog enige woorden te besteden aan het onderwerp Valorisatie. Dit betrekkelijk nieuwe begrip staat voor de noodzaak de kennis van de universiteiten meer direct te benutten voor economische groei en maatschappelijke waarde.

32


Interessant daarbij is dat dit de zoveelste poging vanuit den Haag lijkt om fundamenteel lange termijn onderzoek de nek om te draaien. Ik kom namelijk tot de conclusie dat de criteria waar op dit moment universiteiten qua onderzoek op worden afgerekend niet in overeenstemming zijn met dat valorisatiebeginsel. Om dit te illustreren gebruik ik het volgende overzicht.

Korte termijn Zekere waarde

Kennis toegepast in produkten

Direkte waarde in € en werkgelegenheid Via mensen (studenten) Samenwerking met industrie

Lange termijn Onzekere waarde

Valorisatie keten van kennis

Publicaties in vaktijdschriften Applicatievoorbeelden

Afgeschermde Kennis

Vrij toepasbare kennis

Kennis om kennis te genereren

Patenten Behoud van werkgelegenheid door bescherming

Wetenschappelijke publicaties Netwerken Conferenties

Hieruit is te zien dat wetenschappelijke publicaties welke geciteerd worden door wetenschappelijke collega’s van andere universiteiten maar een heel beperkte waarde hebben voor de valorisatie zoals die door de betreffende minister is geformuleerd. Toch hebben wij vooral de verantwoordelijkheid voor de lange termijn en daardoor kan de conclusie niet anders luiden dan dat wij het gehele spectrum moeten afdekken. Vanwege de praktische aspecten is het mechatronisch vakgebied uiteraard bij uitstek geschikt voor valorisatie van onderzoek in de ondersteunende vakgebieden. Ik zal mij daarom naast het verrichten van onderzoek met de daarbij behorende publicaties zeker ook richten op de praktische toepasbaarheid van innovaties en het stimuleren van het opbouwen van een patent portfolio op relevante toekomstgerichte ontwikkelingen. Tenslotte zal ik vanuit mijn relatie met de industrie streven naar een efficiënte inzet van kennis ten behoeve van deze industrie.

33

Rob Munnig Schmidt

Samenvatting en conclusie Dames en heren, Ik heb u twee voorbeelden geschetst die op basis van bijzondere omstandigheden op één plaats zijn ontstaan en mede dankzij het toepassen van de mechatronische ontwerpprincipes een grote impact op de wereld om ons heen hebben gehad. Duidelijk is hieruit naar voren gekomen dat de echte innovaties zelden voorgeprogrammeerd of voorspeld zijn en dat de manier waarop de innovatie in ons land op dit moment gestuurd wordt niet meer optimaal aansluit bij de behoefte om belangrijke innovaties te realiseren in het kader van de veelbesproken “kenniseconomie”. Ik heb met behulp van een aantal andere voorbeelden geschetst waar het vakgebied voor staat en welke noodzakelijke ontwikkelingen ik in de toekomst zie. Voor het onderwijs ben ik ingegaan op het overdragen van kennis over integraal werkende multidisciplinaire systemen gericht op één functionerend geheel. Ik heb u ook verteld dat het Universitaire onderzoek voor een grote uitdaging staat. Onderzoek op het niveau van een industrieel laboratorium kan daarbij alleen succesvol zijn als alle partijen optimaal samenwerken. Ik heb het werkterrein van de sectie “Mechatronics” op de TU Delft nader gedefinieerd en de verschillende onderzoeksrichtingen verduidelijkt. Grote uitdagingen liggen in het verschiet. Precisie heeft inmiddels de atoomgrens bereikt en het einde is nog niet in zicht. De brug tussen de Micro Systeem Technologie en de gewone werktuigbouwkunde is nog niet geslagen en de halfgeleidertechnologie blijkt ook altijd weer verder te kunnen dan verwacht. Deze uitdaging is de reden dat ik hier sta. Dit is een prachtig vak!

34


Dankwoord Als afsluiting van mijn rede wil ik toch een aantal mensen bedanken Te eerste de Rector Magnificus, de heer Fokkema, het College van Bestuur, de raad voor hoogleraren en de benoemingsadviescommissie voor het in mij gestelde vertrouwen. Ik zal alles doen wat in mijn vermogen ligt om een succesvol lid van deze gemeenschap te worden. Ook de Decaan van 3Me, professor Marco Waas en mijn afdelingshoofd professor Fred van Keulen verdienen aparte aandacht. Marco, Fred, zonder jullie enthousiaste bezoek in Veldhoven, het gezellige etentje in Eersel en jullie niet aflatende begeleiding van het “wordings” proces was het niets geworden. Jullie hebben me overtuigend aangetoond dat de stereotypen van de universitaire lethargie compleet achterhaald zijn en dat het de moeite waard is ook hier te werken. Mijn dank ook voor mijn drie achtereenvolgende “bazen” bij ASML, Martin van den Brink, Harry Borggreve en Jos Benschop. Martin, bedankt voor de niet aflatende energie waarmee je mij en de voltallige ASML bemanning bij de les houdt. Je logische benadering van de meest uiteenlopende problemen is uniek en een beetje eelt op de ziel is ook nooit weg. Harry en Jos, jullie zijn altijd een grote steun geweest zowel in mijn werk als bij de overstap hier naar toe. Ik weet dat ik niet tot de gemakkelijkste soort mensen behoor, dus Fred moet straks bij de borrel nog maar eens bij jullie in de leer. Uiteraard zou ik eigenlijk iedereen bij ASML, Philips, TNO en alle andere bedrijven waar ik mee heb samengewerkt persoonlijk moeten bedanken maar dat staat de tijd helaas niet toe. En de samenwerking houdt niet echt op natuurlijk. Toch maak ik een uitzondering voor mijn collega en vriend professor Jan van Eijk. Jan, onze loopbanen hebben elkaar sinds ons gezamenlijk verblijf bij Fijnmechanische Techniek hier in Delft met altijd toenemende intensiteit en succes gekruist en nu werken we dan eindelijk echt samen. Je bent heel lang een steun geweest ook toen ik bij ASML werkte en dat is nu niet anders. Hartelijk dank daarvoor, ik weet dat ik op je kan rekenen.

35

Rob Munnig Schmidt

Verder dank ik uiteraard mijn ouders die mij een zodanig brede belangstelling hebben meegegeven, ook buiten de techniek, dat zaken vaak in een breder perspectief komen te staan. Helaas dat mijn moeder dit niet meer mocht meemaken. En ten slotte Marianne, Esther en Maxim voor de continue steun en de gezelligheid. Zonder jullie kan ik niets.

Ik dank u allen voor uw aandacht.

36


Referenties : 1. A.G. Bouwer, G. Bouwhuis. H.F. van Heek en S. Wittekoek, “De Silicon Repeater”, Philips Technisch Tijdschrift 27, 1977, nr. 11-12 2. S. Wittekoek, “Optische aspecten van de Silicon Repeater”, Philips Technisch Tijdschrift 41, 1983, nr. 9 3. H.B.G. Casimir, “Het toeval van de werkelijkheid, een halve eeuw natuurkunde”, 1983, ISBN 90 290 9837 6 4. G. Bouwhuis and J.J.M. Braat, “Video disk player optics” Applied Optics, july 1 1987 5. E. Homburg, “Speuren op de tast. Een historische kijk op industriële en universitaire research” Intreerede aan de Universiteit van Maastricht, uitgesproken op vrijdag 31 oktober 2003. Illustraties: 1. Introductie brochure “The Philips and MCA optical video disc system”, audio VLP Group van NV Philips Gloeilampen Fabrieken (Royal Philips Electronics): pagina 6-8. 2. Maandblad “Luister” 1979, nr. 5 : Pagina 9. 3. “ASML” en “Royal Philips Electronics”: pagina 10-21. 4. TNO, NMI van Swinden laboratorium: pagina 20 5. Website van de “European Southern Observatory”: De OWL telescoop op pagina 22. 6. “University of California, Lawrence Livermore National Laboratory, and the Department of Energy”: pagina 23. 7. Website van “Texas Instruments”: pagina 24. 8. www.tribology-abc.com: pagina 31. 9. TU Delft: Overige illustraties

37

Rob Munnig Schmidt

1. Appendix 1: De 10 geboden van G. Holst volgens HBG Casimir “Het toeval van de werkelijkheid” 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

8. 9. 10.

Neem kundige wetenschapsmensen aan, zo mogelijk jong, maar wel met enige ervaring in universitair onderzoek. Hecht niet te veel waarde aan de details van hun vroegere ervaring. Geef ze een hoge mate van vrijheid; leg hun persoonlijke voorkeur niet te veel aan banden. Laat ze publiceren en deelnemen aan internationale wetenschappelijke activiteiten. Houd het midden tussen individualisme en reglementering. In geval van twijfel verdient anarchie de voorkeur. Deel een laboratorium niet in naar verschillende disciplines, maar organiseer multidisciplinaire werkgroepen. Geef het research-laboratorium onafhankelijkheid in de keuze van onderwerpen, maar zorg ervoor dat leiders en staf zich terdege bewust zijn van hun verantwoordelijkheid voor de toekomst van de onderneming. Werk niet met budgetten per project en sta nooit toe dat industriegroepen budgettaire zeggenschap krijgen over onderzoeksprojecten. Bevorder de overplaatsing van bekwame seniores naar de ontwikkelingslaboratoria van de industriegroepen. Bij de keuze van onderwerpen moet men zich niet alleen laten leiden door verkoopmogelijkheden maar ook door de stand van de fundamentele wetenschap.

38

Mechatronica. Voorspelbaar gedrag in een onvoorspelbare omgeving. Intreerede. Rob Munnig Schmidt

Recommend Documents