Simon Stevin Gezel. Nr. 09 Technologisch Toptalent oktober 2013 Technologiestichting STW

Simon Stevin Gezel

13

Nr. 09 Technologisch Toptalent oktober 2013 Technologiestichting STW

Inhoud

02

Voorwoord

28

Eppo Bruins

Kun je met echografie beroertes voorspellen? dr.ir. Rik Hansen

04

Simon Stevin Gezelprijs 2013

32

Puzzelen met vezels dr.ir. Lars Beex

06

Finalisten

36

Simon Stevin Gezel 2013

De chirurg onder de loep dr.ir. Loubna Bouarfa

08

Meten met licht

40

dr.ir. Nienke Bosschaart

De duivel zit in de details dr.ir. Kundan Kumar

14

Olie zoeken met wiskunde

44

dr.ir. Joost van der Neut

20

dr. Günes˛ Nakibo˘glu

Een wortelkanaal schoontrillen dr.ir. Bram Verhaagen

26

Hoe je een stofzuigerslang tot zwijgen brengt

48

Wervelend onderzoek dr. Daniele Ragni

Overige kandidaten 52

Een nieuw recept voor vuurvast staal dr. Hemant Sharma

56

1

Technologisch Toptalent 2013

Colofon

2

Technologiestichting STW


De toekomst belooft in allerlei opzichten smart te zijn: smart energy, smart grids, smart vehicles, smart windows. Het bionische pak, waarvan verleden jaar op het jaarcongres van STW een prototype werd gedemonstreerd, lijkt nog haast science fiction, maar ook zoiets komt er aan. Er zit dan vast slim textiel in. Dromen en profeteren over dit soort ontwikkelingen is één ding, ze realiseren is iets anders. Voor slim textiel weef je bijvoorbeeld elektronische sensoren in het weefsel. Hoe houdt dergelijke stof zich: gaat hij sneller scheuren, gaan de vezels gemakkelijker breken? Heel relevante vragen over het gebruik ervan en dus moet de productie er een antwoord op hebben. Dat antwoord bleek nog niet zo maar voorhanden. Als basis daarvoor moet je textielvezels goed kunnen modelleren. In een STW-project heeft promovendus Lars Beex uitgezocht hoe je dat het beste kunt doen. Het bleek dat de zogeheten quasicontinue methode die natuurkundigen gebruiken om op basis van atoomroosters materiaaleigenschappen te modelleren met succes aangepast kon worden voor mesoscopische vezelstructuren. Fundamentele kennis is vereist voor het realiseren van technologische vernieuwingen. Dat weten we natuurlijk allemaal maar het is altijd weer mooi te zien dat dit ook werkelijk zo is. De net-gepromoveerde onderzoekers die voor dit boekje geïnterviewd zijn, zijn allemaal briljante jonge wetenschappers die werkelijk nieuwe inzichten hebben ontwikkeld. Ze hebben gewerkt aan de meest uiteenlopende onderwerpen. Van de vraag hoe we vanaf het aardoppervlak kunnen zien of er onder ondoordringbare gesteenten toch olie zit, tot de behoefte aan een verbeterde röntgentechniek voor het bestuderen van atoomclusters in metalen die onverwacht leidde naar een nieuw recept voor vuurvast staal. Het is dit soort onderzoek, het beantwoorden van fundamentele vragen met een niet altijd gewisse uitkomst, veelal geïnspireerd door gedachten over toekomstige technologie, dat het hart van het STW-werk vormt. Het leidt tot nieuwe inzichten, talentvolle jonge mensen die de toppen van hun kunnen hebben verkend en kennis waar gebruikers vaak mee verder kunnen. Alle verhalen in dit boekje zijn er voorbeelden van. Eppo Bruins, directeur Technologiestichting STW

3


4



De Simon Stevin Gezelprijs wordt door Technologiestichting STW jaarlijks uitgereikt aan ‘de beste promovendus op een STW-project’ van het voorgaande jaar. Het is een aanmoedigingsprijs van 5.000 euro, te besteden aan een activiteit ter bevordering van de (wetenschappelijke) loopbaan van de onderzoeker. Promovendi moeten zijn voorgedragen door hun projectleider, waarna bij STW een screening plaatsvindt op grond van publicaties/ citaties en activiteiten op utilisatiegebied. De doorslag geeft uiteindelijk de manier waarop de kandidaten op de shortlist in staat zijn een lekenpubliek te informeren en te enthousiasmeren voor hun onderzoek. De verkiezing van de Simon Stevin Gezel is een vast onderdeel van het jaarcongres van STW. Uit de nominatie voor de wedstrijd selecteert een jury drie finalisten die zich tijdens het congres presenteren. In dit boekje vindt u interviews met de drie finalisten en de overige kandidaten die werden voorgedragen voor de competitie om de Simon Stevin Gezel-prijs 2013. De drie finalisten zijn: dr.ir. Nienke Bosschaart (Universiteit van Amsterdam) ‘Meten met licht’ dr.ir. Joost van der Neut (Technische Universiteit Delft) ‘Olie zoeken met wiskunde’ dr.ir. Bram Verhaagen (Universiteit Twente) ‘Een wortelkanaal schoontrillen’

5


6



finalisten Simon Stevin Gezel 2013

dr.ir. Nienke Bosschaart dr.ir. Joost van der Neut dr.ir. Bram Verhaagen

7


8



finalist Technologisch toptalent 2013 dr.ir. Nienke Bosschaart

Nienke Bosschaart onderzocht een optische methode om geelzucht bij baby’s vast te stellen

De hielprik dient om geelzucht bij te vroeg geboren baby’s te diagnosticeren. Daarbij wordt de baby soms wel drie keer per dag geprikt om bloed af te nemen en naar het laboratorium te sturen. Doel van het onderzoek van Nienke Bosschaart was om een niet-invasieve manier te ontwikkelen in plaats van die belastende hielprik. Bosschaart: “Is het mogelijk om met een optische methode bilurbine, de stof die de huid geel kleurt, te meten?”

9


Nienke Bosschaart (1984) studeerde na het afronden van het gymnasium Biomedische Technologie aan de Universiteit Twente. Ze studeerde af op een combinatie van twee technieken waarmee huidkanker optisch gediagnosticeerd kan worden. Bij het promotieonderzoek aan het Academisch Medisch Centrum van de Universiteit van Amsterdam, afdeling Biomedical Engineering and Physics, ging het om de vraag of het mogelijk is bij te vroeg geboren baby’s geelzucht vast te stellen op basis van de interactie van licht met de huid. Voor dit onderzoek was Bosschaart de perfecte kandidaat. Na een inleesperiode bleek dat er twee veelbelovende technieken in aanmerking komen om geelzucht op een niet-invasieve manier te diagnosticeren. Beide zijn gebaseerd op spectroscopie, het uiteenpluizen van licht in verschillende samenstellende kleuren. Het was niet bekend welke techniek tot betere resultaten zou leiden. Bosschaart: “Dus besloot ik om twee onderzoekspaden parallel te bewandelen. In het eerste pad ontwikkelde ik een nieuwe spectroscopische techniek, waarvoor het globale idee hier in de vakgroep was bedacht, maar waarvan de werking nog nooit in de praktijk was aangetoond. In het tweede pad ging ik kijken naar een technologie op basis van een meerkanaals spectrograaf, een instrument dat licht op vier vaste detectieafstanden in de huid analyseert. Daar was al meer onderzoek naar gedaan, en het grote voordeel was dat het apparaat snel te ontwikkelen was, waardoor we ermee de kliniek in konden om aan echte baby te meten.”

bestaat al sinds de jaren tachtig. Maar tot dusver zijn alle technieken te onnauwkeurig gebleken om de hielprik te vervangen. Die technieken maten hoeveel licht met een golflengte van circa 460 nm (de ‘gele kleur’) in de huid wordt geabsorbeerd, om vervolgens deze waarde te relateren aan de bilirubinewaarde in het bloed. Bosschaarts eerste onderzoeksvraag: kijken waarom de onnauwkeurigheid van deze methode zo hardnekkig is. Ze vond, dankzij haar parallelle onderzoeksweg, als antwoord dat de bestaande technieken vooral bilirubine rondom de bloedvaatjes in de huid meten. Uit het meten aan echte baby’s bleek, dat maar één procent van de met een spectroscoop gemeten bilirubine in de bloedvaatjes zelf zit. Deze conclusie leverde een belangrijke publicatie op. Want bestaande spectroscopen kunnen geen onderscheid maken tussen licht dat vanuit de huid en licht dat vanuit het bloed terugkomt. Er is ook geen nauwkeurige manier om de bilirubineconcentratie in de huid te relateren aan die in het het bloed. Zo ontstaat er onvermijdelijk een grote onnauwkeurigheid. Hier zou het eerste onderzoekspad van Bosschaart naar een oplossing moeten leiden. De nieuwe spectroscopische techniek – de zogenoemde laagcoherente spectroscopie (LCS) – meet niet alleen de verstrooiing en absorptie van licht in het weefsel, maar kan ook heel nauwkeurig de grootte en locatie van het spectroscopische meetvolume regelen. Dit gebeurt met behulp van laagcoherente interferometrie: hierbij interfereren alleen fotonen die van een bepaalde diepte in het weefsel komen met fotonen die een gecontroleerd referentiepad buiten het weefsel hebben afgelegd.

Spectroscopische technieken

Het idee om met optische spectroscopie de waarde van bilirubine in het bloed te meten

Bosschaart: “Je kunt het instrument op de micrometer nauwkeurig instellen op een

10



11


12



stukje weefsel. Dat betekent dat we iets heel bijzonders kunnen doen: we kunnen met het instrument precies de lichtabsorptie meten die binnenin een bloedvaatje in de huid plaatsvindt. Vervolgens kunnen we die lichtabsorptie relateren aan de bilirubineconcentratie in het bloed.” Addertjes onder het gras

Het opzetten van een werkende meetopstelling kostte ruim twee jaar. Bosschaart: “Er zitten een heleboel addertjes onder het gras. Het moeilijke is dat we met een breed lichtspectrum werken. Dan moet je kijken hoe lange en korte golflengtes op verschillende manieren door lenzen worden afgebogen. Je krijgt te maken met allerlei optische verstoringen, die voor elke frequentie van het licht anders zijn.” Om te weten hoeveel licht door de absorptie van bilirubine in het weefsel verloren gaat, bleek het nodig om een analysemodel te maken, waarin de optische absorptie- en verstrooiingscoëfficiënten voor verschillende materialen zijn verdisconteerd. Het kostte veel tijd om het model te valideren met metingen aan materialen waarvan de optische eigenschappen goed bekend zijn, en dan te vergelijken met metingen aan echt weefsel. Bosschaart: “Ik herinner me nog goed het moment waarbij het eindelijk lukte om de lichtabsorptie precies in één bloedvat in mijn eigen vinger te meten. Dat was een echte doorbraak!” Om de tweede techniek, de optical multichannel analyser, te onderzoeken, moest Bosschaart de kliniek in. “Dit was een heel leuk onderdeel van mijn onderzoek. Ik vind het fijn om te zien waarvoor je wetenschappelijk bezig bent.” Gemeten werd op het voorhoofd, borstbeen, hand en voet van baby’s, en het resultaat was een grote verzameling meetgegevens. Die werden vergeleken met de bloeduitslagen van de hielprik. Bosschaart: “We hoopten met dit

13


instrument nauwkeuriger bilirubine te kunnen meten dan met bestaande optische apparaten – maar dat bleek helaas niet zo te zijn.” Wel volgde een nieuwe publicatie: het bleek voor het eerst te zijn dat iemand de optische eigenschappen van heel veel babyhuidjes nauwkeurig had gemeten. Bosschaart: “Dat is belangrijke kennis, die andere onderzoekers kunnen gebruiken, bijvoorbeeld voor het ontwikkelen van nieuwe spectroscopische technieken. Ook konden we mooi laten zien hoe bij baby’s met een sterke pigmentering de huid in de weken na de geboorte steeds donkerder kleurt. Dit soort kennis gebruiken we ook zelf voor de verdere ontwikkeling van de laagcoherente spectroscopie.” Detectiesnelheid verkleinen

Inmiddels werkt Bosschaart als postdoc in het Academisch Medisch Centrum. Ze is onder andere bezig de LCS-spectroscoop verder te ontwikkelen. Bosschaart: “Nu is het nog zo dat de opstelling van de apparatuur tot een lange meettijd leidt. Dat moet terug naar hooguit een minuut. En het ideaal is natuurlijk dat de meting in een seconde klaar is, want een baby ligt niet stil.” De detectiesnelheid verkleinen heeft nog heel wat voeten in de aarde. “Ik verwacht dat het nog zeker drie jaar duurt voordat we zover zijn dat er een apparaat mee de kliniek in kan. Maar ik ben ervan overtuigd dat niet-invasieve bilirubinemetingen alleen kunnen werken als je echt de lichtabsorptie precies binnen in een bloedvat kunt meten. Want we hebben aangetoond dat het vaatvolume in het gangbare spectroscopische meetvolume maar rond de één procent ligt. Dit geeft echt de noodzaak van dit onderzoek aan. Het mooie vind ik ook, dat mijn onderzoek tot nieuwe inzichten heeft geleid voor de klinische praktijk van de diagnose van geelzucht bij baby’s.”

14



finalist Technologisch toptalent 2013 dr.ir. Joost van der Neut

Scherper onder de grond kijken met virtuele geluidsbronnen

Voor ze proefboringen doen, onderzoeken oliemaatschappijen de kans van slagen met seismische methoden: ontploffingen of vibraties aan het oppervlak sturen trillingen, geluidsgolven dus, naar beneden. Die methoden zijn echter nogal eens onnauwkeurig. Joost van der Neut ging op zoek naar een verfijndere, virtuele methode om naar olie te speuren.

15


Als jongen was Joost van der Neut (Groningen, 1980) gegrepen door de wereld van de stenen. Maar zoals dat vaker gaat in de liefde, werd die eerste fascinatie verdrongen door een grotere: de wiskunde. “Ik was gegrepen door dingen als vulkanen, de beweging van de continenten. Aanvankelijk ging ik vanwege die belangstelling in Delft technische aardwetenschappen studeren. Maar achteraf was dat dus niet helemaal mijn richting. Het ging allemaal over een veel kleinere schaal: sedimentologie, mineralogie. Geleidelijk aan ben ik afgedwaald naar de meest wis- en natuurkundige richting in de aardwetenschappen: de geofysica.” Dat klinkt alsof het hem niet veel zou kunnen schelen als hij moeilijke sommen moest oplossen over een heel ander onderwerp. Dat is ook wel een beetje zo: “Ik zou kunnen overstappen, maar het leuke aan dit vakgebied is, dat het zo internationaal georganiseerd is, onder andere doordat je samenwerkt met de olie-industrie.” In zijn proefschrift bij de vakgroep Toegepaste Geofysica en Petrofysica ontwikkelde Van der Neut een methode om beter onder de grond naar olie- en gasvoorraden te kunnen speuren. Voor ze proefboringen doen, onderzoeken oliemaatschappijen de kans van slagen met seismische methoden: ontploffingen of vibraties aan het oppervlak sturen trillingen, geluidsgolven dus, naar beneden. Als zich daar perfect homogeen gesteente zou bevinden, hoorde je er nooit meer iets van. Maar elke afwijking, zoals een overgang van de ene steensoort naar de andere of van massief naar poreus, of een breukvlak, verstoort het geluid en verandert het van richting. Die plek wordt in feite zelf een geluidsbron, en een deel van het geluid gaat terug naar boven: een echo.

16


“Je probeert dat geluid op te vangen met geofoons, en onder water met hydrofoons”, legt Van der Neut uit. “Door honderden van die ontvangers in te zetten, probeer je een afbeelding van de ondergrond te krijgen. Het probleem daarbij is, dat de ondergrond complex in elkaar zit. Juist in het Midden-Oosten zie je heel veel dat juist het hele bovenste deel complex is, met grote contrasten in verticale en horizontale richting.” Storende reflecties zijn al erg genoeg, maar er zijn in de ondergrond ook grote variaties in de stijfheid en de dichtheid van de steen. Daarmee varieert ook de snelheid, en als je daar geen rekening mee houdt, is het beeld dat door de geluidsontvangers wordt samengesteld, vervormd. Maar je kunt er pas rekening mee houden als je een idee hebt van wat zich in de ondergrond bevindt, en dat moet je toch op een of andere manier weer uit het beeld halen. Van der Neut: “Je doet die twee dingen vaak dan ook allebei, in een iteratief proces.” Virtuele geluidsbronnen

”Een oplossing zou het dieper aanbrengen van de geluidsbron kunnen zijn: iets laten ontploffen in een boorgat onder de storende lagen. Maar dat is duur, en destructief”, zegt Van der Neut, “en je krijgt dan vaak ook niet het goede soort geluidsgolven.” Met wiskundige technieken die hij ontwikkelde kun je echter iets doen dat er sterk op lijkt: een aantal niet werkelijk bestaande, virtuele geluidsbronnen in de ondergrond aanbrengen. Dat wordt mogelijk door ontvangers in boorgaten te plaatsen. Want wiskundig gezien is een ontvanger waar een geluidsgolf langskomt en daarna verder trekt, vanaf dat moment te beschouwen als een zender. Diezelfde ontvanger, of een andere, kan de geluidsgolf na reflectie in diepere lagen weer opvangen en kijken hoe lang


17


18



hij onderweg is geweest, net zoals een bovengrondse ontvanger dat doet. Maar ondertussen werk je dus wel met een virtuele zender die mooi diep onder de storende lagen in de ondergrond bezig is. In de praktijk zijn er natuurlijk nog allerlei problemen die zo’n elegant idee onwerkbaar dreigen te maken. De storende bovengrond is immers niet echt verdwenen, die zorgt ervoor dat het geluid niet netjes vanuit één richting bij de ontvangers aankomt, maar door elkaar gehusseld, vanuit allerlei richtingen ernaartoe gereflecteerd – en daardoor vertrekt het dus ook niet gelijkmatig vanuit elke ontvanger in dezelfde richting naar de te onderzoeken laag. De uitdaging om uit de gegevens die al die ontvangers omhoog sturen toch te destilleren hoe de ondergrond eruitziet, is de kern van het proefschrift van Van der Neut. “Ik neem alle ontvangers samen, als een array. Ik weet alles wat omlaag gaat, en dat moet gerelateerd zijn aan alles wat omhoog komt.” De meest voor de hand liggende manier om de signalen rekenkundig te verwerken, heet ‘kruiscorrelatie’. Daarbij zoek je naar geluidsgolven die op elkaar lijken, wat het waarschijnlijker maakt dat de ene geluidsgolf een weerkaatste versie is van de andere. Maar die berekening is vooral geschikt voor een redelijk onverstoorde bundel geluidsgolven die vanuit elke ‘virtuele zender’ in dezelfde richting vertrekt. Zijn die verstoringen er wel, dan is het net alsof een bron niet vanuit één punt heeft uitgezonden, maar bijvoorbeeld tien meter breed is. Van der Neut: “De virtuele bronnen raken ontfocust”. Als alternatief paste hij daarom een ander wiskundig gereedschap, toe, multidimensionale

19


deconvolutie. “Daarmee kunnen we virtuele bronnen beter focusseren, het worden scherpere bronnen, puntbronnen.” Wiskundige gereedschapskist

En de wiskundige gereedschapskist is daarmee nog niet uitgeput. Als postdoc is Van der Neut nu bezig met een spectaculaire volgende stap: het weer terughalen van de ontvangers naar de oppervlakte, maar dan de gegevens die ze oppikken zo analyseren dat je weet wat een ontvanger in de ondergrond zou horen. Daarmee creëer je dus virtuele ontvangers onder de grond, en die kunnen dan ook weer dienen als de virtuele bronnen uit het proefschrift. In feite is dan gelukt waar elke seismoloog van droomt: zonder graven dwars door een storende laag heen kijken om te zien wat eronder zit. “Dat is wat me na mijn promotie in Delft hield”, zegt Van der Neut. “We zijn er nu ongeveer twee jaar mee in de weer. We zien wel waar het schip strandt, tot nu toe loopt het als een trein. Met simulaties zijn we aan het kijken waar het allemaal werkt. Over een half jaar gaan we met echte data aan de slag.”

20



finalist Technologisch toptalent 2013 dr.ir. Bram Verhaagen

Dankzij nieuwe ultrasone techniek meer geslaagde wortelkanaalbehandelingen

Tandartsen voeren routinematig behandelingen aan wortelkanalen uit. Maar meer dan veertig procent daarvan mislukt. Het doel van het promotieonderzoek van Bram Verhaagen was om precies de problemen en de werking van de verschillende schoonmaaktechnieken in kaart te brengen, om zo tot een verbeterde methode te komen.

21


Bram Verhaagen (1985) studeerde aan de Universiteit Twente af op de natuurkunde van vloeistoffen. Na stages bij onder meer Philips, waarbij hij de geneesmiddelafgifte uit microcapsules met behulp van echoscopie onderzocht, rolde hij “eigenlijk vanzelf” in een promotieonderzoek dat ook met geneeskunde te maken heeft: het onderzoeken van de stroming van vloeistoffen tijdens een wortelkanaalbehandeling door de tandarts. De vraag was ontstaan vanuit het Academisch Centrum Tandheelkunde Amsterdam (ACTA). De eerste stap was, om te kijken wat er gebeurt als de tandarts met een spuit en naald een antibacteriële vloeistof in een wortelkanaal spuit. Het doel van deze spoelmethode is om de laag bacteriën die op de binnenkant van een wortelkanaalwand is gegroeid, de zogeheten “biofilm”, weg te spoelen. Om dit proces zichtbaar te maken, werd een doorzichtig model van het wortelkanaal gemaakt. Ook moest een soort gel worden gemaakt, die als model dienst kon doen voor de biofilm – die film bestaat in werkelijkheid uit een kleverig laagje met honderden verschillende soorten bacteriën. Daarna filmde Verhaagen met een hogesnelheidscamera de vloeistof die in het wortelkanaal werd gespoten. Hij had tal van vragen over dat proces. Wat is de invloed van verschillende soorten naalden? Hoe bepaalt de grootte van het wortelkanaal de uitkomst? Maakt het uit, waar je de spuit plaatst in het kanaal?

deze wortelkanaalbehandelmethode te valideren aan de hand van de precieze metingen van Verhaagen. Voor deze spoelmethode was nu een goed referentiemodel beschikbaar. Slow motion

Het lukte al snel om de beschrijving van de eerste filmopnamen in een vaktijdschrift voor tandartsen te publiceren. “Kennelijk vinden tandartsen het heel interessant om te zien hoe hun behandelingen in slow motion werken, want het artikel werd vaak geciteerd.” Verhaagen besteedde daarna ongeveer een jaar om het theoretische werk achter de filmopnamen te bestuderen. Hij beschreef wiskundig hoe de vloeistofdynamica tijdens een wortelbehandeling eruitziet, en valideerde de formules met de filmopnames. Daarna ging hij, samen met enkele promovendi van ACTA, kijken naar wat er bij een wortelkanaalbehandeling gebeurt als de tandarts het wortelkanaal niet met een spuit en naald, maar met een ultrasoon apparaat schoonmaakt: een instrument waarmee een metalen naaldje in het wortelkanaal wordt geschoven, waarna het ultrasoon gaat trillen (rond de 30.000 hertz). De trillingen van dit naaldje – ook wel “vijl” genoemd – zorgen voor actievere stromingen in de vloeistof die in het wortelkanaal is gespoten, die vervolgens de biofilm verwijderen. Deze behandelmethode had al in veel tests bewezen heel effectief te reinigen, maar het was nog niet duidelijk hóe dit precies werkte.

Door aan de spuitvloeistof microscopisch kleine deeltjes toe te voegen, lukte het om met de hogesnelheidscamera filmopnamen te maken van de vloeistofsnelheid, het afgelegde traject, en processen zoals belletjesvorming en hun reinigende werking. Een Griekse promovendus kwam een jaar langs om zijn computermodel van

Ook hier ging Verhaagen eerst met de hogesnelheidscamera precies de vloeistofdynamica meten. Het blijkt dat de effectiviteit van de methode afhangt van het materiaal en de vorm van de vijl, maar ook van de frequentie en de amplitude waarmee deze vijl heen en weer zwiept.

22



23


24



In het derde jaar ging Verhaagen in een laboratorium in Birmingham de bewegingen van de vijl nog eens met een speciaal instrument opmeten. Het ging om een laservibrometer: een instrument dat een laserbundel op het trillende vijltje stuurt, en dan zeer precies de bewegingen daarvan kan opmeten. Verhaagen: “Die informatie hebben we nodig om stromingsmodellen op te stellen. Je wilt precies weten hoe in het naaldje een staande golf onstaat: een regelmatig patroon van punten die stilstaan, de knopen, en punten die maximale uitslag vertonen, de buiken. En dat voor de verschillende soorten vijlen. Bij de berekeningen van de stroming daarna heb ik eigenlijk nergens echt vastgezeten – het bleek allemaal goed te beschrijven met de al bestaande formules uit de stromingsleer.” Het numerieke model van de trillende vijlen bleek een mooi praktisch resultaat te hebben: als de materiaaleigenschappen en de geometrie van de vijl goed bekend zijn, kun je precies uitrekenen wat er gebeurt als de vijl in contact komt met de wand van het wortelkanaal. Ook blijkt goed te voorspellen wanneer een vijl gaat afbreken, door te kijken naar de buigpunten. In de praktijk

Als postdoc werkt Verhaagen nu aan de toepassing van de theorie. Samen met de fabrikanten die zijn onderzoek hebben ondersteund, wordt nu gekeken welke resultaten in de praktijk bruikbaar zijn. Een van de interessante opgaven is om niet alleen naar het hoofdkanaal te kijken, maar ook naar de vertakkingen, waar ook bacteriën kunnen zitten en die veel moeilijker te reinigen zijn. Samen met een collega is Verhaagen daarnaast bezig om een nieuw bedrijf op te zetten. Het idee is om een nieuwe schoonmaaktechniek commercieel aan te bieden. Die techniek werkt met belletjes, die gecontroleerd kunnen worden

25


ingezet voor het schoonmaken. Verhaagen: “We hebben hiervoor een Valorisation Grant van STW gekregen, en in de eerste fase gaan we kijken welke toepassingen er zijn. En dan niet alleen binnen de tandheelkunde: we kijken ook naar andere soorten industriële toepassingen waar bacteriën of andere aankoekingen een probleem zijn. Ik vind het enorm spannend om te zien of het gaat lukken om producten te maken op basis van de kennis uit ons promotieonderzoek. Tijdens een promotie hoef je niet zoveel commerciële vaardigheden te hebben, maar die zijn nu hard nodig!”

26



Overige kandidaten

dr.ir. Rik Hansen dr.ir. Lars Beex dr.ir. Loubna Bouarfa dr.ir. Kundan Kumar dr. Güne˛s Nakibo˘glu dr. Daniele Ragni dr. Hemant Sharma

27


kandidaat Technologisch toptalent 2013 dr.ir. Rik Hansen

Kun je met echografie beroertes voorspellen? Rik Hansen op zoek naar gevaarlijke plaques

28



Plaques zijn afzettingen van vet en ander weefsel op de wand van een slagader, die afhankelijk van hun eigenschappen relatief veilig of zeer gevaarlijk kunnen zijn. Kun je van buitenaf bepalen, hoe gevaarlijk een plaque is? Rik Hansen onderzocht hoe je dit met echografie kunt bepalen. Wetenschap is interessant, maar het moet wel over tastbare dingen gaan, vindt Rik Hansen (1982, Roermond). Daarom koos hij in 2000 voor de studie technische natuurkunde aan de TU Eindhoven. Tijdens die studie raakte hij al snel gefascineerd door medische techniek. Hij was blij dat er een afstudeerrichting ‘klinische fysica’ bleek te bestaan. “Daarna wilde ik verder in de medisch-technische hoek. Want ik vind het belangrijk dat mijn methoden, mijn technieken, direct mensen kunnen helpen, dat is altijd mijn drijfveer geweest.” Wat hem ook beviel aan de medische wereld was, dat de zekerheden uit de exacte wetenschappen daar in de praktijk niet verkrijgbaar waren: “Het is natuurlijk heel complex zoals de mens in elkaar zit. In de natuurkunde is het zus, of zo. In de medische wereld zit daar echter een heel grijs gebied tussen.” Dat geldt zeker ook voor het onderwerp waar Hansen op promoveerde, aan de Radboud Universiteit Nijmegen: het detecteren van instabiele plaques in de halsslagader door middel van echografie. Plaques zijn afzettingen van vet en ander weefsel op de wand van een slagader, die afhankelijk van hun eigenschappen relatief veilig of zeer gevaarlijk kunnen zijn. Je hebt instabiele plaques, die bestaan uit een dun kapje met daaronder een soort ontsteking, die voornamelijk zacht vetachtig materiaal bevat, en stabiele plaques, die bestaan uit een dikkere, stugge deklaag waar weinig ander materiaal onder zit. De instabiele plaques kunnen openbarsten, wat

29


tot verstopping van een bloedvat kan leiden, met als mogelijk gevolg een beroerte. Vaak komt dat volledig onverwacht, omdat de patiënt wel plaques had, maar nog geen grote vernauwing van de slagader. Je kunt de soort plaque bepalen door te kijken hoe de vaatwand vervormt terwijl het hart er bloed doorheen pompt. Hansen: “Er bestonden al methoden om die vervormingen te meten op basis van echografie met behulp van een katheter. De techniek die ik tijdens mijn promotie heb ontwikkeld, is de eerste die het mogelijk maakt om de vervormingen in een dwarsdoorsnede van de slagader, van buitenaf nauwkeurig te meten met echo.” Dat ‘van buitenaf’ is een belangrijke vooruitgang. Want alleen met een ‘niet-invasieve’ methode kun je preventief en grootschalig onderzoek doen. Echo’s onder hoeken

De manier om dat te doen, is op het eerste gezicht voor de hand liggend, maar daarmee technisch nog niet eenvoudig uit te voeren. Hansen: “Normaal maak je een echo onder een hoek van nul graden: het geluid gaat loodrecht ten opzichte van de echokop het lichaam in. Dan krijg je het beste beeld. Maar het betekent ook dat je alleen in die richting heel goed de vervorming kunt schatten.” Als je vanuit een katheter kijkt, heb je dat probleem niet: vanuit het midden van de slagader kijk je in alle richtingen loodrecht op de aderwand. Van buitenaf zijn er echter slechts twee stukjes wand die loodrecht op de echokop staan, de voor- en achterkant. Terwijl je pas weet hoe (in-)stabiel de plaque is, wanneer je de vervorming over de hele omtrek kent. Om die vervorming over de hele omtrek te kunnen bepalen, maakte Hansen gebruik van echokoppen die hun geluid ook onder hoeken, opzij dus, kunnen

sturen. Dan gaat het geluid in een andere richting door de slagader, wat dus informatie geeft over andere plekken op de wand. Combinatie van een aantal van die echo’s onder hoeken gaf na flink wat rekenwerk de gewenste eigenschappen prijs. “De start van het onderzoek ging heel voortvarend”, vertelt Hansen. “Mijn promotor is gepromoveerd op het meten van vervormingen in slagaders met een katheter, en eigenlijk heb ik ongeveer hetzelfde traject doorlopen. Eerst ging ik de situatie nabootsen met de computer, waarbij ik echo’s van bloedvaten in verschillende vervormingstoestanden simuleerde. Daarop kon ik dan mijn eerste rekenmethodes ontwikkelen.” Daarna volgden namaakbloedvaten, en toen was het tijd voor proeven in de kliniek. “Maar daarvoor heb je dus wel een echo-apparaat nodig dat de beelden opneemt onder verschillende hoeken. We zochten een firma die dat voor ons wilde inbouwen. En vanaf het begin hadden we daarvoor een goede samenwerking met Philips Medical Systems. Echter, toen de crisis kwam, ging het hele verhaal niet meer door.” Moeilijk moment

Dat was een moeilijk moment tijdens het onderzoek. “Wij wilden onder redelijk grote hoeken van ongeveer dertig graden kijken. Dat had Philips al voor ons ingebouwd in een echo-apparaat, maar je moest handmatig de hoeken instellen. Terwijl je, als je een bewegend bloedvat wilt meten, dat eigenlijk automatisch wilt laten gebeuren. Toen hebben we als tussenoplossing bedacht om in overleden personen te gaan meten. Want dan staat het weefsel stil.”

gevuld, zodat in heel laag tempo een hartslag kon worden gesimuleerd. “We dachten: nu hebben we een mooie studie, maar uiteindelijk is daar niks uitgekomen, want bij het prepareren is waarschijnlijk toch de binnenwand zo beschadigd dat het materiaal eruit gespoeld werd als we er druk op zetten. Er was in ieder geval geen plaque meer aanwezig in de gemeten bloedvaten.” Ondertussen was een andere fabrikant, Samsung Medison, bereid gevonden de gewenste automatische besturing van de echokop te implementeren. “Ze bouwden de techniek in twee apparaten in, en daarmee hebben we in Utrecht gemeten, bij patiënten die voor 90 procent vernauwing hadden, dus die sowieso geopereerd moesten worden en waarbij de plaque verwijderd werd. Dat gaf de mogelijkheid om na onze meting te kijken wat voor materiaal zich daadwerkelijk in de slagader bevond, en of de plaque een gevaarlijke samenstelling had, of een stabiele. Daarbij vonden we een mooie correlatie tussen de gemeten vervormingen en de plaquesamenstelling.” Plaatjes schieten

Bij het ontwikkelen van het systeem slaagde Hansen erin een aantal technische problemen op te lossen. Zo moest hij de storende reflecties wegfilteren van de ‘zijlobben’ die een schuin uitgezonden bundel ultrageluid altijd heeft. Maar een ander probleem is inherent aan zijn methode: hij stuurt de bundel achtereenvolgens onder verschillende hoeken de slagader in. Dat is dus geen echte momentopname.

Om de vervorming tijdens een hartslag te simuleren, werden in samenwerking met een patholoog-anatoom halsslagaders afgebonden en afwisselend met meer en minder vloeistof

“Daarom ben ik vervolgens ook bezig geweest met plane wave imaging. Dan zend je geen smalle bundel uit, maar een golf vanaf de hele breedte van je echokop. Dat geeft reflecties vanuit allerlei richtingen, en daar ga je vervolgens weer een echobeeld van reconstrueren. Zo kun je veel sneller plaatjes maken, omdat

30



je maar één keer hoeft te schieten voor een afbeelding van het volledige vat in plaats van per beeldlijn met de smalle bundel.” Dat onderdeel van zijn proefschrift geeft Hansen nu een vervolg als postdoc in het UMC St. Radboud. Met slimme rekenmethoden probeert hij die aanpak zodanig te verfijnen dat de beeldkwaliteit zich kan meten met die van smalle bundels ultrageluid. Het plan om in die richting te gaan werken, is pas in de loop van zijn promotieonderzoek ontstaan, om een simpele reden: “In die periode is de rekenkracht van computers enorm vooruitgegaan, waardoor het nu pas mogelijk is om de beelden volledig te reconstrueren, in real time. We kunnen nu 100 keer zo snel plaatjes maken. En hoe we die extra informatie gaan gebruiken om betere diagnoses te stellen, dat is de grote vraag voor de toekomst.”

31


kandidaat Technologisch toptalent 2013 dr.ir. Lars Beex

Puzzelen met vezels

Lars Beex’ zoektocht naar een wiskundig model voor het gedrag van weefsel

32



Als het gedrag van de textielvezels wiskundig valt te modelleren, dan is het mogelijk om bijvoorbeeld de breuk van individuele vezels en bindingen te berekenen. En daarmee is beter te voorspellen wanneer stof zal scheuren of breken. Lars Beex onderzocht wat er precies gebeurt met de eigenschappen van weefsel waar bijvoorbeeld elektronische sensoren zijn ingeweven. Lars Beex (1984) studeerde zowel voor zijn bachelor als zijn master cum laude af in de groep van mechanica van materialen, aan de Technische Universiteit Eindhoven. Tijdens zijn afstuderen had hij zich beziggehouden met wiskundige modellen die de mechanische eigenschappen van karton kunnen beschrijven. Beex: “Met deze kennis kun je praktische dingen doen, zoals uitrekenen wanneer een stuk karton breekt. Ik heb daarom kort overwogen of ik het bedrijfsleven in zou gaan. Maar het intellectueel puzzelen leek mij aan de universiteit op een meer abstract niveau mogelijk en dat interesseerde mij het meest.” Er kwam een promotieplek vrij waarin Beex verder zou kunnen werken aan het onderwerp van zijn afstuderen. Nu was het doel om vezelmaterialen meer in het algemeen – naast karton ook textiel – te bestuderen. Het onderzoek was met name gericht op het beschrijven wat er gebeurt met de eigenschappen van een weefsel als je er bijvoorbeeld sensoren inweeft. Aan het begin van het onderzoek was niet duidelijk hoe textielvezels goed te modelleren zijn. Beex: “Het idee was dat we korte rekentijden met een hoge nauwkeurigheid kunnen combineren als we de vezels van het materiaal tot op zeker hoogte gelijkstellen aan de verbindingen in roosters met atomen. Voor atoomroosters bestaat een heel goede methode om materiaaleigenschappen te modelleren: de quasicontinue methode.”

33


De quasicontinue methode geeft in een bepaald soort materiaal een atomistische benadering voor het simuleren van de mechanische eigenschappen. De interpolatie gebeurt op basis van natuurkundige grootheden van de elementaire deeltjes die zij op een bepaalde plaats in het rooster delen met hun buren. Deze benaderingen voeren met een fractie van de rekenkundige inspanning toch tot nauwkeurige benaderingen. Beex: “Dit was voor iedereen nieuw terrein: niemand wist of het zou lukken om een methode voor atoomroosters voor vezelnetwerken te gebruiken. Textielvezels gedragen zich heel anders dan elementaire deeltjes. Het zijn een soort veertjes, die bepaalde natuurkundige eigenschappen hebben die je in elementaire deeltjes zo niet tegenkomt, zoals het verliezen van energie.” Rekenintensief

Na de eerste eenvoudige tests bleek het inderdaad mogelijk om de quasicontinue methode uit de natuurkundige context te lichten, en voor mesoscopische vezelstructuren aan te passen. Problematisch was dat de roosterberekeningen die voor iedere vezel een aantal natuurkundige vergelijkingen moeten oplossen, rekenintensief zijn. Om het totale model door te rekenen, moeten eerst de natuurkundige eigenschappen van de individuele punten in het rooster worden berekend, om vervolgens de interactie met alle naastgelegen punten te berekenen. Beex: “Het mooie van de quasicontinue methode is, dat je in gebieden waar mechanisch gezien niet zo veel gebeurt de eigenschappen van een aantal vezels interpoleert. Er ontstaat in het model dan een driehoek, waarbij de eigenschappen van de individuele vezels binnen die driehoek worden beschouwd als de eigenschappen van één punt, midden in die driehoek. Zijn er gebie-

den waarin mechanisch veel gebeurt, dan kun je de driehoeken zo klein maken dat ze het gedrag van individuele vezels beschrijven.” Het zoeken naar de juiste methode om de mesoscopische eigenschappen van vezels te beschrijven op een manier die tot dan toe alleen was gebruikt voor het beschrijven van atomaire deeltjes, duurde al met al enkele jaren. Die tijd beschrijft Beex nu als een lange leesperiode. Daarbij stond naast natuurkundige literatuur, met name over thermodynamica, ook veel wiskunde op het leesprogramma. Beex: “Ik moest de nodige kennis uit uiteenlopende soorten literatuur halen – ieder vakgebied met zijn eigen jargon. Achteraf gezien zou je zeggen dat ik in deze fase meer het contact met andere wetenschappers had kunnen zoeken. Maar ik ben blij dat ik het bij literatuur heb gehouden. Als je met mensen praat, krijg je ook allerlei meningen mee, en daardoor word je misschien beïnvloed in een bepaalde richting die niet goed is voor je eigen onderzoek.”

Inmiddels is Beex assistant-professor aan de universiteit van Cardiff, Wales, aan het Institute of Mechanics and Advanced Materials. Beex: “Ik ben nu nog de enige die hier werkt met de quasicontinue methode. Een ideaal onderwerp voor verder onderzoek zou zijn om te laten zien dat je deze methode voor allerlei soorten materialen kunt gebruiken, bijvoorbeeld ook voor bindweefsel in het lichaam. Om daar een goed model voor op te stellen, moet je biotechnische kennis in huis halen – ik verwacht dat ik naast mijn lesgevende taken ook voor dit soort onderzoek de komende jaren tijd zal hebben.”

Lees- en denkfase

Na de lees- en denkfase bestudeerde Beex eerst de modellen in de computer. Hij keek hoe textiel reageert op elektrische componenten, zoals in het vezelnetwerk ingeweven medische sensoren. Elektronische componenten zijn een stuk stijver dan textiel, zodat het op de contactpunten gemakkelijk kan scheuren of breken. Beex: “In onze berekeningen hebben we kunnen laten zien dat dit inderdaad rondom de componenten gebeurt. In dit geval kun je dat intuïtief aanvoelen, maar je hebt ook situaties waar je het gedrag van weefsel niet precies kunt voorspellen zonder een goed model, bijvoorbeeld als je elektrisch geleidende draden in textielweefsel meegeeft. Er ontstaan dan stijfheidsverschillen tussen het elastische textielweefsel en de minder elastische elektrische geleider.”

34



35


kandidaat Technologisch toptalent 2013 dr.ir. Loubna Bouarfa

De chirurg onder de loep Loubna Bouarfa onderzoekt met video-opnamen hoe operaties veiliger kunnen

36



In Nederland overlijden ieder jaar 1700 patiënten vanwege te vermijden fouten in de operatiekamer. Die medische missers probeert men in te dammen door het gebruik van protocollen en checklisten. De mogelijkheden van moderne automatiseringstechnologie worden in de operatiezaal bijna niet gebruikt. Loubna Bouarfa: “Voor mij waren checklisten iets onvoorstelbaar primitiefs. Ik dacht: het moet toch mogelijk zijn om anno 2013 daarvoor automatische systemen te ontwikkelen!” Nadat Loubna Bouarfa (geboren in Marokko, 1983) van de middelbare school kwam in haar woonplaats Meknès in Marokko, werd ze toegelaten tot de studie elektrotechniek aan de TU Delft. Ze begon haar studie als 17-jarige in een vreemd land, zonder Nederlands te spreken. Bouarfa: “Ik werd enorm ondersteund door mijn familie. Het was echt een heel avontuur voor mij.” Ze studeerde binnen zes jaar af bij de vakgroep Media Knowledge Engineering. Nog in het afstudeerjaar ging ze langs bij de TU bedrijfsdagen, en ontdekte een interessante promotieplek bij de faculteit werktuigbouwkunde: het bestuderen van de werkwijze in een operatiekamer. Het doel: een systeem te ontwikkelen dat zou kunnen helpen om fouten in de operatiekamer te vermijden. Omdat automatische analyse van videobeelden onderdeel uitmaakte van deze opdracht, leek dat heel goed aan te sluiten bij haar afstudeeropdracht. Bouarfa: “In mijn master had ik video-fingerprinting bestudeerd. Je past daarbij bepaalde algoritmes op bewegende videobeelden toe, zodat je iedere film een unieke vingerafdruk kunt geven. Voor filmpjes zoals die op YouTube staan, is dat relevant: je kunt bijvoorbeeld kijken of er onrechtmatig copyrightmateriaal is gebruikt. Maar ik wilde graag onderzoek doen met meer maatschappelijke relevantie.”

37


Filmen bij kijkoperaties

De eerste paar maanden moest Bouarfa praten als Brugman om chirurgen ervan te overtuigen dat het inderdaad mogelijk is om de veiligheid en efficiëntie in de operatiekamer te verhogen als je daar automatische controlesystemen inzet. Bouarfa: “De meeste artsen vonden dat elke operatie uniek is. Patiënten zijn allemaal verschillend, iedere arts heeft zijn of haar eigen stijl, en dus is een operatie volgens hen een creatief proces en geen voorspelbaar industrieel traject, dat je met computers kunt analyseren.” Toch lukte het om bij een tiental operaties te zijn, en het proces zowel met videobeelden als met handmatige protocollen vast te leggen. Het ging om vrij vaak voorkomende operaties, waarbij de galblaas van een patiënt verwijderd wordt. Het gaat daarbij om een kijkoperatie, waarbij een endoscopiecamera en de instrumenten door een of meer openingen in de buikwand worden ingebracht. Het lukte al redelijk goed om een operatie automatisch in een aantal hoofdfasen in te delen. Maar zou je de workflow nog preciezer kunnen meten? Omdat videobeelden van de operatiezaal te veel als een inbreuk op de privacy worden gezien, moest Bouarfa andere methodes vinden. Ze besloot om met een kleurcodering op de instrumenten te werken, zodat ze op de beelden van de endoscopiecamera goed te detecteren zijn. Door de video-opnamen van een endoscoop met de computer te analyseren, lukte het om de workflow preciezer in fasen in te delen. Bouarfa: “Dat valt niet mee, omdat sommige chirurgen graag hetzelfde instrument veel gebruiken, terwijl andere juist ervan houden om lekker veel te wisselen.” Het kon dus niet alleen blijven bij een automatische herkenning van de gebruikte instrumenten. Het systeem zou flexibel genoeg moeten zijn om uit meerdere operaties het gebruikelijke stramien

af te leiden, en dan te kijken in hoeverre de gemeten operatie daarvan afwijkt. Coöperatieve chirurg

In haar derde jaar ging Bouarfa naar de Minimally invasive Interdisciplinary Therapeutical Intervention group van de Technische Universität München en trof daar een zeer coöperatieve chirurg aan: deze geloofde sterk in een procesmatig verloop van operaties. In een aangrenzende dierkliniek kon Bouarfa een eerste versie van haar instrumenten-trackingsoftware uitproberen. Bovendien identificeerde ze vier preoperatieve factoren die het mogelijke optreden van complicaties beïnvloeden: het aanwezig zijn van een ontsteking, de dikte van de galblaaswand, het geslacht en de body mass index (BMI) van de patiënt. Met een eerste analyseprogramma lukte het om dit risico in zo’n tachtig procent van de gevallen juist in te schatten. Tijdens een conferentie ontmoette Bouarfa onderzoekers van de preoperatieve datasysteemgroep van het de Vanderbilt Medical Centre uit Nashville (USA). “Ik had in het derde jaar in mijn systeem demografische data geïntegreerd die voorafgaande aan een operatie worden verzameld. Daarbij gaat het om zaken zoals leeftijd, gewicht en de waarden van een bloedtest. Maar ik was op zoek naar een postoperatieve dataset, met daarin gegevens zoals hoe lang het duurt eer patiënten hersteld zijn. De groep in Nashville had een grote dataset voor me van postoperatieve gegevens die de laatste tien jaar waren verzameld om te voorspellen hoe lang patiënten in de verkoeverkamer blijven. Dat was lastig om nauwkeurig te voorspellen. Ik had weliswaar een grote dataset, en daarvan kon ik allerlei statistische waarden berekenen, maar vaak ontbraken er belangrijke gegevens. Dat maakt een voorspelling onnauwkeurig.”

38


Inmiddels werkt Bouarfa als postdoc aan het Hamlyn Centre bij het Imperial College London. Daar wil ze haar systeem breder maken. “Er is hier een unieke combinatie van ingenieurs en clinici aan het werk. De leider hier is zelf een ingenieur. Dus dat betekent dat hij precies begrijpt wat je nodig hebt om automatische procesmonitoring in de operatiekamer nauwkeuriger te maken. We experimenteren bijvoorbeeld nu met sensoren die de hartslag en huidweerstand van een chirurg kunnen meten. Daarmee kun je niet alleen iets over de fasen van een operatie zeggen, maar kun je ook kwalitatieve uitspraken doen, bijvoorbeeld wanneer de chirurg een verhoogd stressniveau heeft, en of daardoor het risico van een operatie verandert.” Bouarfa: “Dat je met patroonherkenningstechnieken de menselijke handelingen in de chirurgische praktijk kunt registreren, analyseren en voorspellen blijf ik een fascinerende toepassing van techniek vinden. Ik hoop dat dit in de toekomst een directe bijdrage kan leveren aan het verminderen van menselijke fouten in en rondom de operatiekamer.”


39


kandidaat Technologisch toptalent 2013 dr.ir. Kundan Kumar

De duivel zit in de details Kleinere accu’s dankzij gegroefd silicium

40



Hoe kun je op een paar vierkante millimeter een accu maken die niet in een zucht leeggelopen is? Kundan Kumar onderzocht of je accu’s kunt maken met een hogere energiedichtheid dan de huidige. Dat zou geschikte miniatuuraccu’s kunnen opleveren voor allerlei toepassingen. Kumar: “Denk aan een intelligente pil die in het lichaam medicijnen moet afleveren op bepaalde tijden.”

Kumar werd betrokken bij een onderzoek naar accu’s, dat zijn promotor professor Sorin Pop was begonnen. “Accu’s met een hogere energiedichtheid dan de huidige. Dat zou geschikte miniatuuraccu’s kunnen opleveren voor allerlei toepassingen. Denk aan een intelligente pil die in het lichaam medicijnen moet afleveren op bepaalde tijden.”

Kundan Kumar (India, 1983) was een late bekeerling tot de wiskunde. Nadat hij zijn middelbare school had afgemaakt in zijn geboortestad Patna, werd hij toegelaten tot het Indian Institute of Technology (IIT) in New Delhi. Hij haalde daar zijn bachelor en liep een tijd stage bij een overheidslaboratorium, waar hij problemen bestudeerde op het gebied van warmte-overdracht. En daar realiseerde hij zich: ik weet niet genoeg. “Toen ik de literatuur probeerde te lezen, bleek die merendeels in wiskundige termen te zijn geformuleerd, zoals bij elk natuurkundig onderwerp. Maar een technische opleiding biedt meestal weinig serieuze wiskunde, ze slaan veel over. Ik wilde er echt meer over leren.”

Zo’n accu moet uit vaste stoffen bestaan. In de meeste huidige accu’s staan de twee elektroden waarover de elektrische spanning staat met elkaar in contact via een vloeibaar elektrolyt, doorgaans een goedje dat je niet per ongeluk uit de batterij wilt zien lopen.

De kans om dat te doen, was een Erasmus Mundus-beurs van de Europese Unie. “Dat gaf me de kans om industriële wiskunde te bestuderen, een jaar in Eindhoven en een jaar in Kaiserslautern, met een master van allebei. Het was in het begin moeilijk, maar ik kwam er uiteindelijk goed uit.” Daarna was het uitkijken naar een promotieplaats, en er was een plek recht voor zijn neus, in Eindhoven. De Verenigde Staten kwamen ook even in beeld, maar de weg daarheen was bezaaid met financiële en administratieve struikelblokken. “Europa is in vergelijking daarmee een eitje. Je schrijft een brief en bied je aan. Als de hoogleraar je uitnodigt voor een gesprek, betaalt hij zelfs je reiskosten!”

41


Vast of vloeibaar, hoeveel energie de batterij kan bevatten, hangt onder andere af van de oppervlakte van de elektroden. Hoe meer vierkante centimeters in contact staan met het elektrolyt, hoe langer er stroom kan vloeien. Dat lijkt miniaturisering in de weg te staan: hoe kun je op een paar vierkante millimeter een accu maken die niet in een zucht leeggelopen is? De diepte in

Door de diepte in te gaan. In het ontwerp dat Kumar bestudeerde, bestaat de batterij uit een ondergrond van silicium, waar achter elkaar drie dunne lagen opgebracht worden: de anode, het elektrolyt en de kathode. Als je nu voordat het opbrengen begint, diepe groeven in het silicium trekt, kun je zonder dat de plak zelf groter is geworden, een veel groter oppervlak aan elektronen aanbrengen. “Maar de duivel zit natuurlijk in de details”, zegt Kumar. “Je brengt de lagen aan door over het silicium een gas te laten stromen dat atomen van het juiste materiaal met zich meevoert. Als de groeven te smal en te diep zijn, worden alle atomen afgezet voordat ze de bodem van

de groef bereikt hebben, en heb je er niets aan. En als er bijvoorbeeld wel een anodelaag en een kathodelaag worden afgezet, maar met het elektrolyt gaat het mis, dan heb je dus elektroden die elkaar raken: kortsluiting in de batterij.” “In mathematische termen heb je te maken met diffusiviteit en reactiviteit. Hoe groter de diffusiviteit van de moleculen die het gas met zich meevoert, des te verder komen ze. Maar hoe reactiever de moleculen in het gas zijn, des te eerder zetten ze zich al ergens op het oppervlak af. Tussen die twee krijg je een wisselwerking.” Een standaardmanier om daar vat op te krijgen, is het beschrijven van de situatie op een groot aantal punten, en op grond van diffusiviteit en reactiviteit berekenen wat de situatie een korte tijd later zal zijn. Het probleem daarbij is, zegt Kumar, dat de groeven in het silicium erg klein zijn, in de orde van grootte van micrometers, terwijl de plak silicium waarmee tijdens het opdamp-proces wordt gewerkt wel tien centimeter groot is. Dat betekent dat er miljarden punten moeten worden doorgerekend, en dat is voor de computers van vandaag, hoe snel ook, te veel gevraagd. In plaats daarvan kun je ook kijken naar de natuurkundige wetten die op al die groeven en het gas van toepassing zijn, en kijken of je die kunt combineren tot een elegante uitdrukking die gewoon het antwoord geeft. Dat zoiets perfect lukt, is niet te verwachten, maar je komt een eind als je de situatie vereenvoudigd beschrijft, waarbij de vereenvoudiging zo is gekozen dat heikele wiskundige problemen ermee omzeild worden.

Wiskundig bewijzen

Om te zien of zijn berekeningen nog wel iets met de werkelijkheid te maken hadden, vergeleek Kumar de resultaten met computersimulaties van het gedrag van het gas en de meegevoerde moleculen in slechts enkele groeven, een klus die een goede computer wel aankan. Er waren natuurlijk verschillen, maar die kon hij dan weer als correctiefactoren opnemen in zijn formules. “En ik kon ook wiskundig bewijzen dat naarmate je meer punten bekijkt, het resultaat steeds dichter bij mijn formules komt.” Uiteindelijk vergeleek hij die formules vervolgens ook met het gedrag van echt gas op echt silicium, in fysische experimenten. En het bleek dat zijn beschrijving goed klopte. Behalve in groeven werkt de methode van Kumar ook met holtes in een volume vaste stof: poreus materiaal. Dat heeft een enorm aantal toepassingen, van het gedrag van water in de bodem tot dat van olie diep onder de grond. Met dat laatste is hij nu bezig aan de universiteit van Texas in Austin: “Ik werk daar op het Centrum voor Ondergrondse Modellering. Daar kijken we bijvoorbeeld naar hoe je olie kunt winnen door water te persen in de lagen waar het voorkomt. Zo gaat dat: je verandert van richting in je onderzoek, maar niet radicaal. Dat geeft je een uitdaging, maar je kunt wel gebruiken wat je eerder hebt geleerd.”

“Wat je doet, is gebruikmaken van de regelmaat van de groeven”, legt Kumar uit. “In plaats dat je alle groeven moet beschrijven, profiteer je van het feit dat ze allemaal hetzelfde zijn.”

42



43


kandidaat Technologisch toptalent 2013 dr. Güne˛s Nakibo˘ glu

Hoe je een stofzuigerslang tot zwijgen brengt Güne˛s Nakibo˘glu onderzocht spontaan optredend geluid in geribbelde pijpen

44



Hoe ontstaan geluidsgolven in geribbelde pijpen? Dit geluid kan storend zijn – denk aan een fluitende luchtverversing – en als het in een gasleiding optreedt, kan het op den duur zelfs beschadigingen veroorzaken. Nakibo˘glu ging op zoek naar het geheim van de zingende stofzuigerslang. “Ga naar het buitenland”, raadde de broer van Güne˛s Nakibo˘glu (Turkije, 1981) hem aan. “Ga kijken hoe anders alles daar is.” En dus ging de kersverse 26-jarige ingenieur naar België. Hij had werktuigbouwkunde gestudeerd aan de Technische Universiteit van het Midden-Oosten in Ankara. Daarna haalde hij aan diezelfde universiteit zijn master – maar werkte hij, omdat hij ervaring in het bedrijfsleven op wilde doen, ook bij een fabriek van raketten. Daar deed hij zijn interesse op in de dynamica van vloeistoffen, het onderwerp waarop hij in Eindhoven promoveerde. Maar het was zijn broer, promovendus aan het MIT in de VS, die de nieuwsgierigheid wakker maakte naar een leven buiten Turkije. “Ik solliciteerde bij het Von Karman Institute for Fluid Dynamics in België. Dat was een programma van een jaar. En dat is waar mijn Nederlandse verhaal begint. Mijn promotor in Eindhoven, professor Avraham (Mico) Hirschberg, gaf ook les aan het instituut in België. Hij vertelde me dat er een plek beschikbaar was in Eindhoven, en dat hij van mijn begeleider in het Von Karman Institute had gehoord dat ik een goede kandidaat zou zijn.” “Ik moest toen een moeilijke keus maken, want ik was ook aangenomen als PhD-student in de VS, aan de University of Maryland. Ik probeerde mijn besluit te nemen op basis van een tabel waarin ik allerlei factoren verwerkte: kwaliteit van hoogleraren, onderwerp van het onderzoek, noem maar op; daar zette ik dan coëfficiënten bij van hoe belangrijk ik die vond – een poging

45


om wetenschappelijk uit te vinden wat ik moest doen. Maar natuurlijk koos ik de coëfficiënten zo, dat het altijd heel dicht bij elkaar lag. Dat soort dingen werkt gewoon niet. Als je weet wat je wilt, hoef je de tabel immers niet te maken, en als je hem wel moet maken, ligt het dus gewoon niet duidelijk.” Spontaan geluid

Uiteindelijk koos hij voor Eindhoven om onder Mico Hirschberg te promoveren op een onderwerp waar hij niet veel vanaf wist: akoestiek. “Ik had wel veel colleges vloeistofdynamica gevolgd, maar niet daarover, dus in het begin moest ik hard werken om daarin thuis te raken.” Het probleem waaraan Nakibo˘glu werkte, was dat van spontaan optredend geluid in geribbelde pijpen. Een voorbeeld daarvan is een stofzuigerslang: dankzij de op vaste afstanden rondlopende profielen is hij stevig, maar ondertussen toch buigzaam. Een los stuk stofzuigerslang dat je snel in je hand ronddraait kan gaan fluiten: er bestaat zelfs een muziekinstrument dat uit weinig meer dan zo’n stuk slang bestaat. Minder geslaagd is het als gebeurt in een gasleiding, waar het geluid – een vibratie per slot van rekening – storend kan zijn en op den duur zelfs beschadigingen kan veroorzaken. “We hadden al heel veel meetgegevens van TNO, waar het gedrag van geribbelde pijpen uitgebreid was bestudeerd”, vertelt Nakibo˘glu. “Ze hadden allerlei vormen uitgeprobeerd, maar het was nog niet precies duidelijk wat er gebeurde.” Hij begon daarom maar zo eenvoudig mogelijk. “Een eerdere promovendus was begonnen met experimenteren aan een buis met een of meer zijtakken. Met eigen proeven en gegevens uit de TNO-tests en andere onderzoeken konden we aantonen dat het bij een of meer zijtakken precies hetzelfde is. Door de pijp stroomt lucht,

in de zijtak of ribbel staat lucht stil. Dat resulteert in een grenslaag, waarin wervels ontstaan. Dat is het deel van het mechanisme dat geluid opwekt. Het andere deel is dat in de buis, net als in een orgelpijp, een staande golf ontstaat.”

Met zijn proefschrift heeft Nakibo˘glu het probleem grondiger weten op te lossen dan van tevoren werd verwacht. Een bedrijf, BOA Group, heeft inmiddels geluidloze buizen in productie.

Die staande geluidsgolf, in feite een opeenvolging van gebieden waar sterke geluidstrillingen plaatsvinden en gebieden waar nauwelijks iets te horen is, reageert op de wervels en beïnvloedt ze tegelijkertijd. Nakibo˘glu: “Dat levert een terugkoppeling op, net zoals met een microfoon en een versterker die rondzingen. De grenslaag speelt daarbij de rol van de versterker, de staande golf zorgt voor de terugkoppeling.” Vergelijking met de TNO-data liet zien dat dit model klopte. Maar in geribbelde buizen bleek ook nog iets anders: lang niet alle ribbels produceerden geluid. “Van de honderd waren het er misschien maar tien. Door er een stuk of drie uit te halen, kon je het systeem helemaal stil krijgen.”

Zelf werkt Nakibo˘glu nog steeds in Nederland, bij ASML, fabrikant van lithografie-systemen: de machines waarmee computerchips gemaakt worden. “Dat was een sponsor van mijn project. Het werk heeft raakvlakken met mijn proefschrift. Bij het maken van chips werk je met lasers, en die moeten erg nauwkeurig zijn. De laser gaat door de lucht, en wanneer je de druk, temperatuur en vochtigheid daarvan niet heel precies in de hand houdt, kan die laser niet werken. Een temperatuurafwijking van 0.01 graad kan al te veel zijn.”

Geluidloze buizen

Om uit te zoeken hoe dat zat, maakte Nakibo˘glu vervolgens een numeriek model van de geluidsproductie van een geribbelde pijp. Dat was het belangrijkste resultaat van zijn onderzoek. Het betekende dat hij in detail de luchtstroming in de pijp moest beschrijven rond één ribbel, en de wisselwerking tussen twee naast elkaar gelegen ribbels. Het bleek dat hij het geluid kon laten uitdoven door te spelen met de afstanden tussen de ribbels. “Om het fluiten te voorkomen, kun je de afstanden tussen de ribbels in een pijp willekeurig laten variëren, maar dat is lastig bij de productie. Het is ook al voldoende als je de ribbels om en om wat dichterbij elkaar en wat verder van elkaar af laat zitten. Dan is de ene ribbel telkens geluid aan het produceren, terwijl de andere het juist absorbeert.”

46



47


kandidaat Technologisch toptalent 2013 dr. Daniele Ragni

Wervelend onderzoek

Daniele Ragni deed optisch onderzoek naar de krachten van luchtstroming op vleugels

48



Daniele Ragni wilde een meetmethode ontwikkelen waarmee de aerodynamische krachten op vleugelprofielen en vliegtuigpropellers beter te meten zijn. Ragni: “Met de bestaande meetmethoden moet je sensors op de vleugel plakken als je de kracht van de luchtstroming op een vleugelprofiel wilt meten. Mijn onderzoek richtte zich op het ontwikkelen van een optische methode, waarmee je de krachten op ieder willekeurig punt van de vleugel op afstand kunt meten.” Daniele Ragni (1983, Italië) studeerde cum laude af als mechanisch ingenieur aan de Polytechnische Universiteit van Ancona. Met een studiebeurs kwam hij daarna bij het Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) terecht. In 2009 stapte hij over naar de TU Delft voor zijn promotieonderzoek. De optische methode die hij wilde ontwikkelen om de kracht van luchtstroming op vleugelprofielen te meten, wordt ‘particle image velocimetry’, kortweg ‘PIV’, genoemd. Daarbij worden aan een stroming kleine deeltjes toegevoegd, die met een laserstraal worden beschenen. De deeltjes lichten op en kunnen zo worden gefotografeerd. Tussen twee achtereenvolgens gemaakte opnamen bewegen de deeltjes. Met behulp van de computer kan daarmee voor ieder punt van de vleugel de lokale stroomsnelheid worden bepaald. Aan de hand daarvan is de kracht op een oppervlak uit te rekenen. Ragni: “In mijn studie had ik me vooral met vloeistofdynamica beziggehouden. Daar voeg je bijvoorbeeld microscopisch kleine, met lucht gevulde glazen kralen aan een stroming toe. Maar aan het begin van mijn onderzoek was niet duidelijk welke deeltjes het meest geschikt zijn voor gebruik in een luchtstroom.” In een eerste meetopstelling probeerde hij daarom verschillende soorten deeltjes uit. Die zijn enkele

49


nanometers groot. Ragni keek naar het gedrag bij hoge en lage stromingssnelheden. Het bleek dat vooral de grotere deeltjes niet precies de stroming volgden, zodat metingen onnauwkeurig werden. Ragni vond een nieuwe methode om deeltjes te selecteren van een kleinere afmeting, en een oplossing voor een probleem waarbij de grootte van de deeltjes fluctueerde. Met deze nieuwe methode lukte het hem om de deeltjes die uit een deeltjesgenerator komen als het ware te zeven. Om dat te doen, leidde Ragni ze in een soort cycloon. In de luchtwerveling vliegen de grote deeltjes naar de buitenkant, terwijl de kleine deeltjes in het midden blijven. Die worden vervolgens nog weer eens kleiner gemaakt via een ‘impactor’: een metalen plaat waar de deeltjes in volle vaart tegenaan botsen om dan in kleinere stukken uiteen te vallen. Een filter vangt de grote brokstukken op; de kleinere gaan verder. Ragni: “We realiseerden ons dat de door ons gescheiden deeltjes zo klein werden, dat bestaande filterapparatuur ze niet meer kon opvangen. En niemand wist of deze nanodeeltjes schadelijk voor de gezondheid zijn. We moesten dus extra veiligheidsmaatregelen nemen, zoals speciale maskers en beschermende kleding dragen, en ook decontaminatieruimtes inrichten. Dat heeft me heel wat hoofdbrekens gekost.” Betere metingen

De metingen daarna brachten nog een oplossing aan het licht voor de fluctuerende grootte van de deeltjes. Het bleek namelijk dat sommige deeltjes, kort voordat ze aan de luchtstroom worden toegevoegd, condensatievocht kunnen aantrekken. Daardoor komen ze als het ware in een druppel te zitten, en worden veel groter dan de andere deeltjes. Door de deeltjes tot ongeveer 200 graden te verhitten, was dit probleem de wereld uit.

Met de constant kleinere deeltjes lukte het om spectaculair betere metingen te doen: de meetresultaten waren zo’n twee keer nauwkeuriger dan tot dusver mogelijk was geweest. Op conferenties bleken de collega’s van het DLR enthousiast over de nieuwe methode voor het selecteren van de deeltjes, en de oplossing voor het condensatievocht probleem. Het DLR gebruikt in veel metingen ook deeltjesgeneratoren en is direct gebaat bij de oplossing van Ragni. In het derde jaar werden de metingen een stuk complexer. Tot dan toe was er alleen met statische modellen gewerkt. Nu onderzocht hij ook een bewegende propeller. Ragni: “Door de beweging van je meetobject verandert alles. Je krijgt te maken met resonanties en vibraties. Het grootste probleem daarbij is, dat je de camera en de laser en de hele rest van je meetopstelling moet synchroniseren met de propeller. En dan moet je de motor zien te koelen zonder je luchtstroom te verpesten. En natuurlijk krijg je allerlei wervelingen in de luchtstroom door het bewegen van de propeller.” Toch lukte het Ragni om een werkbare meetopstelling te maken, en zijn meetresultaten te ijken aan bestaande meetmethoden. In het vierde jaar volgden nog experimenten in de windtunnel van het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium. Inmiddels werkt Ragni als postdoc met de door hem ontwikkelde meetmethode aan de TU Delft. Hij onderzoekt nu het aerodynamische gedrag van windmolens, in samenwerking met het ECN in Petten en de windmolenfabrikant Vestas. Ragni: “De modellen van windmolenvleugels zijn veel groter dan van propellers. De vleugels zijn zo’n anderhalve meter lang. Dus dat betekent dat je de meeste van de problemen die je bij propellers hebt ook hier weer hebt, maar dan op een grotere schaal. Om dan toch de beste meetresultaten te krijgen, dat is voor mij een echte uitdaging.”

50



51


kandidaat Technologisch toptalent 2013 dr. Hemant Sharma

Een nieuw recept voor vuurvast staal Hemant Sharma onderzocht hoe metaal zich op microscopisch niveau gedraagt

52



Wie inzicht wil krijgen in de eigenschappen van metalen, moet niet naar de atomen kijken, maar net een niveau hoger: naar de ‘korrels’ waarin die samenklonteren. Hemant Sharma verbeterde een röntgentechniek waarmee heel nauwkeurig te zien valt hoe die korrels zich gedragen. Zijn onderzoek leidde tot nieuw inzicht in het gedrag van staal bij hoge temperaturen. Hemant Sharma (India, 1984) wilde al wetenschapper worden sinds hij een klein jongetje was. En toen hij eenmaal de kans kreeg om te gaan studeren, aan het Punjab Engineering College in zijn woonplaats Chandigarh, wist hij ook al precies wat hij wilde: niet iets met computers, maar concrete, tastbare onderwerpen. “Metaalkunde was het minst cool. En na de bachelor kozen zelfs mijn studiegenoten op vier na alsnog voor informatica. Maar ik vond het interessant. Neem staal. Het bestaat altijd uit dezelfde bouwstenen: ijzer, koolstof, een klein beetje van een paar andere elementen. En daarmee kun je dan een enorme verscheidenheid aan eigenschappen krijgen.” Toen hij zijn hoogleraar vroeg, waar hij het best heen zou kunnen gaan om een master te doen, als opmaat voor een promotie, noemde die Delft. En Sharma vond de TU daar aantrekkelijk omdat je er, hoe toepassingsgericht de studierichtingen er ook zijn, ook fundamenteel onderzoek kunt doen. Na zijn master materiaalkunde nodigde zijn begeleider, dr.ir. Erik Offerman, hem uit om als promovendus te komen werken aan een project dat meer inzicht moest geven in het gedrag van metalen op microscopisch niveau. “Tot die tijd, en nu ook nog veel, wordt metaal bestudeerd met röntgenstraling in het lab. Dat zijn stralen van lage intensiteit, en daarmee krijg je alleen informatie van het oppervlak”, legt Sharma uit. “De techniek die wij gingen gebruiken, werkt met een scherp gefocusseerde, intense rönt-

53


genbundel, een miljard keer intensiever. En de röntgenstralen hebben ook een hogere energie per foton, waardoor ze wel door 2 millimeter staal heen kunnen dringen.” Speciale oven

Apparaten die zulke krachtige röntgenstraling opwekken, staan tot nu toe alleen in Duitsland, de VS, Japan en Frankrijk. Sharma ging voor zijn onderzoek vele malen naar Grenoble. Hij ontwikkelde er een speciale oven die in de röntgenbundel kon worden geplaatst, met het metaalmonster precies op de juiste temperatuur, en daarbij ook nog draaibaar in allerlei standen. “Afhankelijk van de dikte vinden we aan de achterkant van ons monster ongeveer de helft van de straling nog terug. In 0,3 seconden maken we zo een afbeelding waar we met gewone labapparatuur een paar dagen over zouden doen.” Wie inzicht wil krijgen in de eigenschappen van metalen, moet niet naar de atomen kijken, maar net een niveau hoger: naar de ‘korrels’ waarin die samenklonteren. Binnen elke korrel zijn de atomen gerangschikt volgens het ideale patroon dat door hun afmetingen en chemische eigenschappen is voorbeschikt: een kristalrooster. “Er was al een methode om uit het röntgenbeeld af te leiden waar in het monster de korrels zaten”, vertelt Sharma. “Het beeld bestaat uit een groot aantal vlekjes, en het idee is dat je alle vlekjes moet vinden die door dezelfde korrel zijn gekomen. Daaruit kun je dan de plek afleiden, de oriëntatie van het kristalrooster in de korrel en de spanning waar dat rooster onder staat.” Het probleem: meer dan 200 korrels kon die rekenmethode niet aan. En dus moest Sharma alsnog aan de slag met de tak van sport die hij tot dan toe zorgvuldig vermeden had: computerprogramma’s schrijven. Dat hij daar weinig

ervaring mee had, bleek juist een voordeel. “Als ik mensen vertelde wat ik van plan was, zeiden ze: ‘Dat kan niet’. Als ik er wat meer van af had geweten, was ik er misschien snel mee gestopt.” Doorbraak

De doorbraak die het mogelijk maakte om uiteindelijk de gegevens van wel 6.000 korrels per experiment vlot te berekenen, zat hem in het omdraaien van de analyse. In plaats van alle vlekjes in het röntgenbeeld te bekijken en van allemaal uit te zoeken wat hun oorsprong is, gokt het programma van Sharma op welke plaatsen, in een regelmatig patroon, de korrels zullen zitten en waar op het röntgenbeeld de bijbehorende vlekken dan moeten liggen. Op basis daarvan wordt dan een aantal ‘kandidaatvlekken’ gevonden, en dan rekent het programma weer terug om nauwkeuriger vast te stellen waar elke korrel precies ligt. Met het ontwikkelen van de oven en de rekenmethode was veel tijd gemoeid, tijd waarin Sharma over het gedrag van korrels in metaal nog helemaal niets te weten kwam. “Dat was soms wel frustrerend. Maar uiteindelijk kwamen er toch mooie resultaten uit.” Die gaan over de rol van de dislocaties in het metaal, de plaatsen waar korrels met een verschillende stand maar moeizaam op elkaar passen. Er ontstaan extra dislocaties wanneer je een stuk metaal vervormt; verhit je het daarna, dan krijgt het kristalrooster de kans zich te herstellen, doordat korrels met elkaar versmelten en daarmee de dislocaties verdwijnen. Maar niet allemaal. Sharma: “Ik kon laten zien dat er korrels zijn die groeien, maar ook korrels die juist kleiner worden. En dat gebeurt op zo’n manier, dat het aantal dislocaties gelijk blijft. Hoe dat komt, weten we nog niet.”

54


Met zijn waarnemingen kon Sharma ook een veelgebruikt model corrigeren over de vorming van korrels wanneer een metaal een bepaalde kritische temperatuur passeert, en het voor zijn atomen aan een ander soort rangschikking de voorkeur gaat geven. “De theorie klopt in principe wel, maar we vonden wel een veel lagere korrelvorming dan de theorie voorspelde.” Het meest tevreden is Sharma erover dat hij met zijn oven en zijn berekeningsmethode een nieuw recept voor vuurvast staal heeft gevonden. Hij had een legering gemaakt met bijna één procent niobium erin, tien keer zoveel als normaal, om beter te kunnen bekijken wat niobium in gewoon staal precies doet. Het bleek dat in zijn monster de korrelgrootte niet toenam als hij het verhitte. Er waren wel groeiende korrels, maar er waren evenveel korrels die juist kleiner werden. “We begrijpen niet waarom dat gebeurt. Maar het is een mooie toepassing, want doordat de gemiddelde korrelgrootte niet stijgt, is dit een legering die sterk blijft bij hoge temperaturen. Een collega is dat nu verder aan het onderzoeken.” Zelf werkt Sharma inmiddels in Chicago, waar ook zo’n sterke röntgenbron staat. Voor General Electric onderzoekt hij legeringen voor turbineschoepen. “Ik kijk nu niet meer naar temperatuurveranderingen, maar naar mechanische effecten. En ik gebruik zowel de oude methode van onderzoek als de door mij ontwikkelde, en dan met nog een hogere resolutie.”


Colofon

Technologiestichting STW Postadres

Postbus 3021 3502 GA Utrecht The Netherlands Bezoekadres

Van Vollenhovenlaan 661 3527 JP Utrecht T +31 (0)30 600 12 11 F +31 (0)30 601 44 08 E [email protected] www.stw.nl

Interviews

STW-nummer

2013/10817/STW ISBN-nummer

978-90-73461-83-3 NUR

Drs. Bas den Hond Dr. Sybe Rispens Redactie

Drs. Huub Eggen, STW Drs. Mans Kuipers Eindredactie en productie

950

Astrid van der Stroom, STW Ontwerp

Room for ID’s, Nieuwegein Realisatie

Argante Argante, Amsterdam Fotografie

Ivar Pel, Utrecht Drukwerk

Zwaan printmedia, Wormerveer

56



www.stw.nl

Simon Stevin Gezel. Nr. 09 Technologisch Toptalent oktober 2013 Technologiestichting STW

Recommend Documents