Innovatieve onderzoekers TU/e krijgen startbeurzen van EU

Ruth Cardinaels - Polymeerschilden tegen elektrosmog

Ruth Cardinaels, universitair docent in de onderzoeksgroep Polymer Technology van de faculteit Mechanical Engineering, onderzoekt alternatieven voor metalen behuizingen of coatings die worden gebruikt om de schadelijke gevolgen van elektromagnetische straling (ook wel bekend als ‘electrosmog’) te beperken. Met de toename van draadloze apparaten, zoals smartphones en tablets, is vervuiling door elektromagnetische (EM) golven een groeiend probleem, wat leidt tot storingen (‘overspraak’) en interferentie. Vanouds wordt metaal gebruikt om apparaten te beschermen tegen EM-golven, maar dit heeft de vervelende eigenschap dat het de golven terugkaatst naar de omgeving. Ook is er een groeiende behoefte aan materialen die golven helpen ombuigen rond obstakels, om zo het (beperkte) bereik van 5G en 6G mobiele netwerken te verbeteren.

Volgens Cardinaels zijn polymeren een veelbelovend alternatief voor metaal. "Ze zijn licht van gewicht, vervormbaar, milieuvriendelijk en ze maken een veelzijdige verwerking mogelijk. Het belangrijkste nadeel van polymeren is dat ze EM-golven doorlaten. In mijn onderzoek wil ik daarom polymere meta-materialen ontwikkelen die in staat zijn om golven te absorberen en rond een object te buigen".

Om dit doel te bereiken, wil Cardinaels de polymeren verbeteren door er geleidende en magnetische vulstoffen aan toe te voegen. Omdat dit goed ontworpen structuren binnen het materiaal vereist, zal Cardinaels een nieuwe additieve productiemethode ontwikkelen. "Deze nieuwe methode beschikt over complexe spuitkoppen, die het mogelijk maken om driedimensionale materialen te maken met substructuren die tot 100 keer kleiner zijn dan de afmetingen van de printerkop zelf.”

Alberto González Curto – Nano-fotonische apparaten voor medische toepassingen

Alberto González Curto, werkzaam bij de onderzoeksgroep Photonics and Semiconductor Nanophysics van de faculteit Applied Physics, gaat met zijn ERC-beurs nano-fotonische apparaten ontwikkelen om de interactie van licht met nanomaterialen te verbeteren. Veel biologische moleculen komen in zowel rechtse als linkse configuraties voor, een eigenschap die bekend staat als chiraliteit en die de interactie tussen moleculen en het menselijk lichaam kan beïnvloeden. Dit kan bijvoorbeeld van invloed zijn op de werkzaamheid van geneesmiddelen.

Een manier om dit probleem te verhelpen, is het identificeren van de configuratie van moleculen met behulp van circulaire dichroïsme, dat meet hoe het licht van verschillende polarisaties door de moleculen wordt geabsorbeerd. De huidige benaderingen van cirkeldichroïsme worden echter beperkt door een lage gevoeligheid en een lage ruimtelijke resolutie als gevolg van de zwakke interactie tussen licht en de betrokken moleculen.

In het project CHANSON wil Curto nieuwe technieken ontwikkelen die de chiraliteit van moleculen nauwkeurig kunnen meten met behulp van halfgeleidernanofotonica. De nieuwe technieken zullen gericht zijn op het verhogen van de gevoeligheid en de ruimtelijke resolutie door de interactie tussen licht en moleculen te controleren.

Curto is uiteraard blij met de toekenning van de subsidie. "Deze subsidie helpt mij en mijn team om verschillende op licht gebaseerde technieken voor het meten van moleculaire chiraliteit te onderzoeken. We hopen dat deze technieken in de toekomst gebruikt kunnen worden om de structuur van eiwitaggregaten die geassocieerd worden met degeneratieve ziekten zoals Alzheimer te identificeren en om farmaceutische producten te monitoren", aldus Curto.

Adrie Mackus – 3D-structuren voor elektronica op nanoschaal

Adrie Mackus houdt zich bezig met datgene waarover de beroemde natuurkundige Richard Feynman in 1959 in zijn lezing There is plenty of room at the bottom zijn fantasie de vrije loop liet: het manipuleren van losse atomen en moleculen. Het maken van nieuwe materialen, met losse atomen als bouwstenen, is een zeer kansrijke aanpak om het almaar verkleinen van elektronische componenten te kunnen doorzetten.

Ondanks de grote belofte staat deze zogeheten bottom-up processing nog in de kinderschoenen, zeker als het gaat om de synthese van materialen in grote volumes. Een van de fabricatiemethoden waar momenteel veel onderzoek aan gedaan wordt is Atomic Layer Deposition (ALD). Simpel gezegd worden hierbij laagjes van atomen opgebouwd via wisselende chemische reacties tussen een oppervlak en een gas.

Waar de verticale groei hiermee zeer precies gecontroleerd kan worden, is dat in andere (horizontale) richtingen nog amper het geval. Mackus hoopt op dat punt (bekend als area-selected ALD)  in dit project een grote slag te maken door een unieke combinatie van chemische (vapor-phase dosing of inhibitor molecules) en fysische (exposure to directional ions from a plasma) technieken. Een groter begrip van deze 3D-nanostructuren en de nieuwe fabricagemethodes die dit oplevert zouden volgens Mackus de springplank kunnen zijn naar elektronica van enkele nanometers klein.

Mackus voert zijn onderzoek uit in de groep Plasma and Materials Processing binnen de faculteit Applied Physics. Hij studeerde en promoveerde cum laude aan TU/e. Na een verblijf aan het Amerikaanse Stanford University is hij sinds 2016 weer werkzaam in Eindhoven.

BAS OVERVELDE - ZACHTE VLOEISTOFCIRCUITS GEBRUIKEN OM ZACHTE ROBOTS TE BEVRIJDEN

Het project van Bas Overvelde, onderzoeker bij AMOLF en recent benoemd tot deeltijd universitair hoofddocent in de onderzoeksgroep Dynamics and Control bij de vakgroep Werktuigbouwkunde, richt zich op zachte robotica. Het gebruik van zachte materialen in robots is naar voren gekomen als een manier om het aanpassingsvermogen van robots en hun veilige interactie met mensen te vergroten. Hoewel zachte robots waarschijnlijk nooit de precisie zullen bereiken van de meer traditionele 'stijve' robots, drijft hun inherente aanpassingsvermogen de state-of-the-art ontwikkelingen in de richting van nieuwe medische toepassingen, zoals revalidatie- en diagnostische hulpmiddelen, exoskeletten voor loopassistentie en in vivo assistenten. Ondanks boeiende ontwikkelingen zijn er nog grote uitdagingen bij de ontwikkeling van zachte robots. Met name de bestaande elektronische besturing, de intelligentie en het vermogen van zachte robots is te omvangrijk om te worden ingebouwd, en de energie-efficiëntie van zachte robots is uiterst laag.

Met het toegekende 'FlowBot'-project wil Overvelde 'de touwen doorknippen' met externe apparatuur om het toepassingsperspectief van zachte robots te vergroten. Om dit doel te bereiken, zal hij de elektronica vervangen door speciale zachte fluïdische circuits die de zachte robot volledig zullen besturen en aandrijven. Hij begint met het inbouwen van slimme fluïdische circuits die fluïdische sensoren bevatten, om een directe terugkoppeling met de omgeving mogelijk te maken. Vervolgens wordt het vloeistofcircuit gesloten om de opgeslagen elastische energie te recyclen die nu na elke bedieningscyclus verloren gaat. Ten slotte zal Overvelde een betrouwbare drukbron inbouwen op basis van chemische brandstof en gereguleerd door zachte fluïdische circuits. Samengevat maakt dit onderzoek de weg vrij voor de eerste volledig autonome zachte robots die in staat zijn langere tijd te werken.

ERC startbeurzen

De missie van de ERC (European Research Council) is het bevorderen van Europees onderzoek van topkwaliteit door middel van concurrerende financiering. Bovendien wil het grensverleggend onderzoek op alle gebieden ondersteunen, op basis van wetenschappelijke excellentie. De startbeurzen stellen de beste onderzoekers van Europa in staat om nieuwe mogelijkheden en richtingen op elk onderzoeksterrein te identificeren en nieuwe, onverwachte wetenschappelijke en technologische ontdekkingen te verkennen. Starting Grants worden jaarlijks uitgereikt aan onderzoekers in de Europese Unie met twee tot zeven jaar ervaring sinds het afronden van hun promotietraject.