Eén miljoen gulden mag Gerard Meijer, onderzoeker aan de TU Delft, naar eigen smaak aan research gaan besteden. De som hoort bij zijn benoeming tot ‘Simon Stevin Meester’, een eretitel die de technologiestichting STW jaarlijks geeft aan Nederlandse onderzoekers die eruit springen.’De combinatie van sensortechnieken en rekenkracht zal op den duur een revolutie teweeg zal brengen’, voorspelt de eerste niet-hoogleraar met een zak ‘Stevin’-geld .
Dr. ir. Gerard Meijer stond aan de wieg van een van ’s werelds eerste slimme sensoren. De chip – nauwelijks groter dan een suikerkorrel – kon via een eenvoudig principe zeer nauwkeurig temperaturen meten. Het is vooral bijzonder dat het ding tijdens de productie gemakkelijk te ijken is. Hoe geavanceerd ook, tien jaar geleden was de industrie niet onder de indruk van de Delftse vinding. Meijer reisde stad en land af om zijn elektronische thermometer aan de man te brengen. Uiteindelijk bleek alleen het kleine bedrijf Smartec in Breda wat in Meijers visie te zien.
Intussen is deze slimme thermometer uitgegroeid tot Nederlands waarschijnlijk meest succesvolle sensorsysteem. Meijers chip is inmiddels zo’n tien jaar verkrijgbaar. Enkele Amerikaanse bedrijven brachten concurrerende chips op de markt, maar de Delftse microsensor is voorlopig de beste in zijn soort. Smartec verkocht er inmiddels 3,5 miljoen van in 26 verschillende landen. Nog steeds groeit de vraag. Dit jaar gaan er naar verwachting anderhalf miljoen stuks van de hand.
Intussen hebben Meijer en zijn medewerkers talrijke andere sensorsystemen op hun naam staan. Het sensorprincipe voor temperaturen bleek zo gevoelig dat het nu zelfs mogelijk is om de kleine temperatuurstijgingen te meten die bacteriën veroorzaken als ze groeien. Op basis van dit concept ontwikkelden de Delftse onderzoekers voor Unilever een systeem om de versheid van zuivelproducten te meten. Voor het Delftse bedrijf Enraf maakte Meijer een capacitatieve vloeistofniveaumeter.
Hittebestendige cmos
De onderzoeker zegt vooral behoefte te hebben aan goede contacten met het bedrijfsleven. Eén miljoen gulden voor research is mooi meegenomen, maar Meijer heeft over het algemeen weinig moeite om aan geld te komen. "We hebben voldoende middelen en als het op is gaan we het elders halen", zegt hij luchtig. "Tien jaar geleden ging het ook zo."
De sfeer was toen echter anders. Een decennium geleden hing er rond wetenschappelijke samenwerking met bedrijven nog een kwade geur. "Het was verdacht", zegt Meijer, die er van overtuigd is dat samenwerken met ondernemers juist goed is. "Ik maak altijd goede afspraken. Wij doen daarbij de wetenschappelijke kant. De niet-wetenschappelijke zijde hoort niet thuis op de universiteit, dat kunnen bedrijven veel beter. Daar moet je ook respect voor hebben. Maar we moeten wel weten wat ze doen. We moeten vooral goed naar andermans problemen luisteren, zonder dat we die zelf allemaal hoeven op te lossen."
Dat wetenschap weinig te maken zou hebben met productontwikkeling noemt Meijer een fabeltje. "Neem goedkopere productiemethodes. Bedrijven zijn daar eigenlijk altijd naar op zoek. Dingen goedkoper maken lijkt vooral een toepassingsprobleem. Toch hangen daar vaak wetenschappelijke vragen mee samen. Al pratende en zoekende blijkt meestal dat je wel degelijk gebruik kunt maken van nieuwe principes om een veel goedkoper systeem te maken. Een typisch voorbeeld is het werk dat wij deden aan sensoren voor hoge temperaturen, zoals die bijvoorbeeld in olieboorputten worden gebruikt. Tot voor kort was de halfgeleider siliciumcarbide (SiC) het aangewezen materiaal om binnen het bereik van 180 tot 500 graden Celsius te meten. Wij hebben onderzocht of het ook kon met de veel goedkopere cmos-technologie (de meest toegepaste technologie voor chipproductie, red)."
Meijer: "De gangbare wijsheid is dat cmos niet te gebruiken is boven de 180 °C. Geheugenchips of microprocessoren begeven het boven die temperatuur. Eigenlijk wist niemand hoe dat precies zat. Toen we er gericht naar gingen zoeken bleken daar zes redenen voor te zijn. Toen deze bottlenecks eenmaal bekend waren, slaagden we erin om ze allemaal op te lossen. Het resultaat is dat we nu cmos-temperatuursensoren kunnen maken die tot 300 °C meegaan. Het gevolg is dat de olie-industrie een hele groep boorputten kan voorzien van goedkope sensoren. De firma Expro maakt er meetsystemen mee die onder meer worden toegepast door Shell en Expro. De R&D-groepen die aan SiC werken zien nu een heel temperatuurbereik aan hun neus voorbijgaan. Er is voor SiC nog steeds een bestaansrecht, maar het toepassingsgebied voor dat materiaal begint pas bij 300 °C. Een van onze mensen die hieraan werkte stelde in zijn proefschrift: een uitvinding komt pas tot stand op het moment dat er behoefte aan is."
Samenwerking
Meijer heeft vooral een neus voor het vertalen van sensormetingen naar digitale signalen. Hoewel hij en zijn medewerkers analoge ontwerpers zijn in hart en nieren, gebruikten ze als een van de eersten microcontrollers in combinatie met sensoren. Microcontrollers combineren een microprocessor met geheugen op één chip. Deze computers-op-een-chip bleken veel functies van de analoge elektronica te kunnen overnemen. Het was mogelijk om meetgegevens op te slaan, waardoor sensoren hun metingen over een tijdstraject konden vergelijken.
"Vroeger was het meetsysteem van veel factoren afhankelijk, de voedingsspanning, de temperatuur. Tegenwoordig kunnen we de interne omzettingsfactoren duizend keer per seconde kalibreren, zeer nauwkeurig, met de allergoedkoopste elektronica. De hele ijking en informatieoverdracht is eigenlijk dataverwerking geworden." Meijer verwacht dat de combinatie van sensortechnieken en rekenkracht op den duur een revolutie teweeg zal brengen, al zal er nog veel moeten gebeuren. "De huidige microcontrollers en digitale signaalprocessoren zijn nog niet toegesneden op sensorsystemen. Er zal nog ontwikkeling nodig zijn op het gebied van de koppeling tussen sensoren en digitale bouwstenen."
Dit soort ontwikkelingen vraagt ook van ontwerpers en wetenschappers een omslag in het denken. Meijer hekelt de huidige solistische manier waarop onderzoekers vaak te werk gaan. "Veel mensen werken in hun eentje of met collega’s waar ze hooggespecialiseerde gesprekken mee voeren. Dat is vrij gangbaar. Ik kom op sensorconferenties over de hele wereld. De ontwikkelingen die daar dan worden gepresenteerd zijn meestal afkomstig van hele kleine groepen. Dat schiet niet op. In de echt succesvolle projecten zie je juist veel samenwerking, bijvoorbeeld bij bedrijven waar grote onderzoeksgroepen in het diepste geheim nieuwe dingen ontwikkelen, zoals Philips Natuurkundig Laboratorium destijds de compact disc."
"Om wetenschappelijk werk marktrijp te maken, hoef je niet overal verstand van te hebben. Je moet wel kunnen samenwerken. Dat is belangrijker dan overal kennis van hebben. Als ik een vraagstuk heb met fysische aspecten ga ik naar een natuurkundige. Het is voldoende als ik hem duidelijk kan uitleggen wat mijn probleem is."
Oost-Europa
Gelukkig verandert het onderzoeksklimaat. "Ook de overheid pakt het nu anders aan. De technologiestichting STW mag nu grote sommen geld beschikbaar stellen voor samenwerkingsprojecten tussen bedrijven en wetenschappers. Dat had de overheid ook direct aan de universiteiten kunnen geven, maar dat hebben ze gelukkig niet gedaan. Ineens is er een organisatie die kans ziet om mensen volgens externe criteria middelen te geven. Dat heeft inmiddels geleid tot een hele omslag in de sfeer en het werken aan onze universiteiten. Sommige onderzoekers zijn niet meer zo rijk. Daardoor verliezen ze aan middelen en invloed. Om overeind te blijven moeten ze anders gaan werken."
Meijer reist regelmatig naar Bulgarije om er elektronica-ontwerpcursussen te geven en om er wetenschappers te recruteren. Hij benadrukt het belang van contact met buitenlandse onderzoekers. "Wijzelf hebben een schrijnend tekort aan goede mensen. Met de huidige vlucht in communicatie zijn de mensen in Oost Europa goed op de hoogte van moderne technologische ontwikkelingen." Ook de transatlantische afstand krimpt. "Vroeger was een researchlocatie belangrijk. Nu zien we veel meer spreiding over de wereld. Amerikaanse bedrijven hebben researchcentra in Delft, omdat ze onze onderzoekers niet naar hun eigen vestiging kunnen lokken. Vroeger bestond dat niet. De afstand was te groot. Maar de huidige computercommunicatie slecht barrières. Je kunt gemakkelijk vier keer per dag gegevens of kennis uitwisselen. Ik stuur dagelijks e-mail naar Brazilië en besteedt werk uit aan de universiteit van Sofia in Bulgarije. Oost-Europa is dichtbij. Wij vinden het logisch om daar research te laten verrichten. Zelf hebben we hier nu vijf Bulgaarse onderzoekers rondlopen."
Rene Raaijmakers, freelance medewerker
