Koppeling systeemdenken, optica en ai mooie kans voor Nederland

Het multidisciplinaire karakter en de hightech aspecten maken van optomechatronica een onderwerp dat precies past in het straatje van het Eindhovense High Tech Systems Center. Adaptieve optica, geïntegreerde fotonica, artificial intelligence, met HTSC-fellow Ton Peijnenburg bespreekt Mechatronica&Machinebouw de trends en ontwikkelingen.

Alexander Pil

‘De combinatie van optica en mechatronica is geweldig interessant’, steekt Ton Peijnenburg van het High Tech Systems Center van wal. ‘Mechatronica is een bekende sterkte van de regio. Kijk maar naar alle high-end apparaten die hier worden ontwikkeld. Optiek speelt daarin vaak een heel belangrijke rol. Om posities te meten, om te belichten, om objecten vergroot in beeld te brengen. Optiek is altijd aan de orde.’

Nederland heeft geen grote optische industrie zoals Duitsland of Japan. ‘We produceren inderdaad niet op grote schaal optische componenten’, geeft Peijnenburg toe, ‘maar we weten wel heel goed wat we doen en hebben wel degelijk iets te melden.’ Hij constateert dat partijen uit die grote opticalanden, maar ook uit onder meer de VS, de weg naar Nederland vinden als ze een optomechatronische uitdaging hebben. ‘Voor een belangrijk deel komt dat ook omdat we hier goed zijn in het systeemdenken. Die optica is immers vaak onderdeel van een groter geheel. Optische elementen hebben een eindige nauwkeurigheid. Als die niet voldoende is, zul je het uit een andere plek in je systeem moeten halen, bijvoorbeeld door heel gecontroleerd te bewegen.’

Een van de manieren waarop het High Tech Systems Center de optomechatronicakennis in de regio probeert te stimuleren, is via Nomi (zie kader). Van een industriebreed consortium, de gebruikelijke aanvliegroute van het HTSC, is het nog niet gekomen. Peijnenburg ziet echter genoeg aanknopingspunten. ‘Kijk naar de ELT, de Extremely Large Telescope’, zegt hij. ‘Om luchttrillingen te compenseren, moeten de spiegels adaptief zijn. Zelfs bij redelijk grote oppervlaktes – de M2-spiegel in de ELT heeft een doorsnede van ruim vier meter – zie je dat het nu ook actief kan. Aan de achterkant van die spiegel zit een soort spijkerbed. Door de hoogte van de spijkers in te stellen, vervormt het spiegeloppervlak. Dat gaat dan over minuscule bewegingen van minder dan een micrometer, dus high-end optica en high-end mechatronica komen daar heel dicht bij elkaar.’

Peijnenburg ziet ook buiten de astronomie toepassingen voor dergelijke adaptieve optica. ‘Denk aan de belichtingssystemen van ASML’, zegt hij. ‘En het eind is nog lang niet in zicht, want met meer onderzoek en state-of-the-art actuatietechnieken kunnen we nog veel winnen qua stabiliteit, snelheid, nauwkeurigheid en instelbaarheid.’

Ondernemer gezocht

Aanpalend aan de vervormbare optica staan de ontwikkelingen rondom lasergebaseerde communicatie. ‘Om de bundel tussen het grondstation en de satelliet de juiste karakteristieken mee te geven, kun je ook aan de slag met adaptieve optische elementen’, weet Peijnenburg. ‘TNO is daar een heel eind voor de troepen uit gemarcheerd. Maar ik zie zeker kansen voor het HTSC om een bijdrage te leveren. Je hebt bijvoorbeeld relatief traditionele regeltechniek nodig om de spiegels goed te richten. Dat zit heel dicht aan tegen de servotechniek die wordt gebruikt om wafers netjes op hun plaats te houden. Ook dat gaat gepaard met hoge dynamica.’ Peijnenburg verwacht dat er binnen twee à drie jaar ‘heel mooie innovaties’ uit deze ontwikkeling kunnen komen. ‘Ook binnen high-end apparatuur.’

Als derde terrein noemt Peijnenburg geïntegreerde fotonica. Samen met Ben van der Zon van High Tech NL onderzocht hij het afgelopen halfjaar waaraan bedrijven in die sector behoefte hebben en wat de ontbrekende functionaliteiten zijn. ‘Een van de uitdagingen die naar voren kwam, is proben’, vertelt hij. ‘Op verschillende plekken in het productieproces wil je optische kwalificaties uitvoeren, bijvoorbeeld om te checken of de transmissie in een kanaal goed is. Het is niet triviaal om daarvoor probes te ontwikkelen. Die fibers moeten het licht goed inkoppelen – dat is al een uitdaging op zich – maar het moet ook op een schaal die veel kleiner is dan de golflengte van het licht.’

Op tafel ligt een plan om hiervoor een onderzoeksproject te starten, waarvoor Peijnenburg hoopt op steun uit het coronaherstelfonds React. ‘Die bijdrage is natuurlijk leuk, maar uiteindelijk gaat het erom dat we ook iets op de markt kunnen zetten’, stelt hij. Het HTSC overlegt samen met partijen als Photondelta, CITC en het nieuwe PITC hoe ze zo’n oem vorm kunnen geven, welk bedrijf die rol op zich kan nemen en wie de bevlogen ondernemer is die de stap durft te zetten. ‘Dat proces kost tijd.’

Artificial intelligence

Zoals bekend, is het HTSC sinds een half jaar officieel onderdeel van Eaisi, het Eindhovense researchinstituut voor artificial intelligence. Niet direct een plek waar je optomechatronica zou verwachten. Of toch? ‘In de optische kwalificatie van fotonicachips zit zeker een component van dataprocessing’, antwoordt Peijnenburg. ‘De aansturing van de duizenden actuatoren in adaptieve optica kun je uitstekend optimaliseren met kunstmatige intelligentie. En met slimme ai-technieken kun je software inzetten om camerabeelden nog scherper te krijgen.’

Peijnenburg haalt nog een voorbeeld uit de kast. ‘Het is supermakkelijk om de robotvoetballers van de TU Eindhoven met ai objecten te laten herkennen. Het is bijna gênant als je het vergelijkt met traditionele visiontechnieken. Iedereen met een webcam, een fatsoenlijke processor en wat ai-kennis kan de bal op het veld beter vinden dan we dat met een industriële camera kunnen. Als de kleur van de bal verandert, ziet die camera hem niet eens meer.’

Aan de andere kant, exact meten waar de bal is, lukt met ai een stuk minder goed. ‘Daarvoor zijn de traditionele technieken juist beter. Wat dat betreft, is het allemaal best complementair. Je moet goed bedenken wat je wanneer gebruikt’, adviseert Peijnenburg. ‘Er is absoluut overlap tussen Eaisi en het HTSC, zeker als je artificial intelligence toepast op hightech systemen. Die werelden kennen elkaar nog niet goed, dus daar ligt een mooie opportuniteit voor de regio.’

Dit artikel is tot stand gekomen in samenwerking met TUE High Tech Systems Center.