Vici Special

Laagjes nanolego

Het vakgebied was destijds nog klein, maar heeft inmiddels een grote vlucht genomen. Blank koos voor drie pijlers: `Eén van de aio's hield zich fundamenteel bezig met het groeien van verschillende laagjes oxidisch materiaal van één of enkele atomen dik. Dat gaat zo gecontroleerd dat we nieuwe structuren en dus nieuwe materialen kunnen maken. Een tweede aio verkende mogelijke toepassingen van zulke multilagen en een derde hield zich concreet met één toepassing bezig: het gebruik in een zuurstofsensor.'

Nu Blanks vici-project ten einde loopt, hebben alle pijlers meerdere vervolgprojecten opgeleverd en zijn er direct of indirect spinoff bedrijven uit ontstaan.

Een `nanosandwich': door dunne laagjes moleculen nauwkeurig te stapelen ontstaan nieuwe eigenschappen op de grens van de lagen.

De kwaliteit van een virtueel leven

`Onder filosofen is nog nauwelijks onderzoek gedaan naar de invloed van nieuwe media op de kwaliteit van het persoonlijke leven en de kwaliteit van de samenleving,' vertelt Philip Brey, die zijn vici-subsidie gebruikt om dit hiaat in het onderzoek op te vullen. `Ander filosofisch onderzoek is vaak erg abstract en speculatief, of het gaat in op ethische kwesties, zoals privacy en intellectueel eigendom.'

Brey wil niet zozeer onderzoeken hoe het leven en de samenleving veranderen door nieuwe media, zoals internet en virtuele omgevingen. Het gaat hem erom hoe die veranderingen beoordeeld moeten worden, oftewel welke consequenties ze hebben voor de kwaliteit van het leven. Om met de theorie dicht bij de praktijk te blijven, proberen zijn onderzoekers die nieuwe media ook zelf te beleven. Zo is één van de aio's actief in het virtuele Second Life.

De vici-laureaat hoopt dat zijn onderzoeksresultaten uiteindelijk hun toepassing zullen vinden in andere vakgebieden. `Een beter begrip van de wisselwerking tussen media en de samenleving is nodig voor een goed technologie- en cultuurbeleid,' aldus Brey.

Beeld uit de virtuele omgeving Second Life.

Kleiner maakt schoner

Het onderzoek van Han Gardeniers speelt zich af op het snijvlak van elektrotechniek, fysica en chemie. Zijn doelstelling, het verminderen van de milieubelasting van chemische processen, probeert hij te bereiken door miniaturisering. `Het liefst zou je alle chemie willen doen bij kamertemperatuur, onder gewone druk en met eenvoudig water als oplosmiddel,' zegt hij. `Dat kost het minste energie en levert het minste afval. Met microreactoren wordt dat mogelijk.'

(Foto: Arjan Reef)

In het project van Gardeniers proberen zijn aio's op verschillende manieren chemische processen in microreactoren met elektrische principes te sturen. Daarbij gaat het bijvoorbeeld om reacties met enzymen in vloeistof die elkaar versneld vinden doordat ze worden gemanipuleerd met elektroden. Of om het creëren van een plasma, een gas met geladen deeltjes. Normaal gesproken kan dat alleen onder zeer lage druk (bijna vacuüm), maar door de kleine afmetingen ontstaat het microplasma al bij gewone druk. `Zo maken we bij kamertemperatuur deeltjes waar normaal zeer hoge temperaturen voor nodig zijn,' aldus Gardeniers.

Hoewel het duidelijk gaat om verkennend onderzoek, hoopt hij dat het op termijn zal leiden tot nieuwe producten. `Wij zoeken naar nieuwe chemie en doen zoveel mogelijk verschillende chemie. Als het concept werkt, is het aan de chemische industrie om het verder op te pakken.'

Chemie in een microreactor kost minder energie.

Ruwe rivieren

Centraal in het onderzoek van Suzanne Hulscher staan modellen om de waterstanden in rivieren, zeearmen en kustgebieden te voorspellen. Ruwheid is daarin het sleutelwoord, want ruwheid van de bodem heeft veel invloed op de stroomsnelheid en de hoogte van het water. Ruwheid kan veroorzaakt worden door begroeiing op de bodem (bijvoorbeeld in uiterwaarden), maar ook door de stroming zelf. Hulscher: `Door stroming ontstaan zandduinen in een rivier. Zelf beïnvloeden die rivierduinen ook weer de stroming: hogere duinen remmen het water af, waardoor het stijgt. En dat zorgt weer dat de duinen verder groeien.'

Het inbouwen van deze dynamische bodemruwheid in bestaande voorspellingsmodellen voor de waterstand, is één van de onderdelen van Hulschers vici-project. Daarnaast is ook de toepassing in het waterbeheer belangrijk. Eén van haar aio's onderzoekt de rol van technische kennis in de besluitvorming. `We willen weten hoeveel belang beleidsmakers hechten aan modellen voor de waterstand en in hoeverre ze rekening houden met tekortkomingen in de modellen, bijvoorbeeld bij het besluit om een dijk te verleggen.'

Hoewel de resultaten van Hulschers onderzoek in principe overal toepasbaar zijn, worden ze vaak getoetst aan de Nederlandse situatie. `Een belangrijke reden daarvoor is dat we veel data en kennis hebben over de Nederlandse rivieren en ook dat deze rivieren belangrijk zijn voor de veiligheid en een economische functie hebben,' aldus Hulscher.

Zanddeeltjes boven een ribbel in een experimentele stroomgoot.

Natuurlijke trillingssensoren imiteren

De natuur is voor Gijs Krijnen voorbeeld en inspiratiebron. Hij noemt de duizenden trilhaartjes in het menselijk oor, waarmee we veel gedetailleerder geluid en toonverschillen kunnen waarnemen dan de meest geavanceerde geluidssensoren. En de haar-achtige `sensoren' op de poten van een krekel, die het beest informatie geven over de nabijheid van potentiële vijanden.

`In het BIO-EARS project proberen we die natuurlijke trillingssensoren na te maken,' vertelt Krijnen, terwijl hij een chip laat zien met rechtopstaande staafjes, van ongeveer een millimeter hoog, netjes in rijen als bij een tandenborstel. Elk afzonderlijk `haartje' is in staat kleine luchtverplaatsingen te meten. `Een deel van het project gaat erom die haartjes zo gevoelig mogelijk te maken. Vervolgens willen we alle haartjes afzonderlijk kunnen uitlezen, maar ook iets zeggen over het patroon van luchtverplaatsing. Daarvoor is een slimme interface nodig.'

Een andere truc die Krijnen van de natuur heeft afgekeken is het slim gebruiken van ruis. Hij vertelt: `In lineaire systemen is ruis funest, maar biologische sensoren zijn niet lineair. In dat geval kan ruis het signaal zelfs duidelijker maken. Dat principe proberen we te gebruiken in onze sensoren.'

Compacte lasers op een chip

Steeds geavanceerdere microchips vinden hun toepassing in de optische telecommunicatie, allerlei sensorsystemen en draagbare apparatuur. Daarbij is het vaak wenselijk dat er op de chip zelf een lichtbron geïntegreerd is. Met zijn project werkt Markus Pollnau aan de ontwikkeling van een nieuw kristallijn materiaal waarmee op de chip een laser kan worden gerealiseerd die zowel continu als gepulst licht kan uitzenden, in vele verschillende kleuren. Dit voorkomt verliezen vanwege het koppelen van extern licht in een microchip. Daarnaast maakt zo'n geïntegreerde lichtbron het mogelijk de laser direct te koppelen aan andere functies op de chip.

(Foto: Arjan Reef)

Licht opsluiten in een nanodoosje

Willem Vos kon met zijn subsidie `een spannende, nieuwe onderzoekslijn' opzetten. Het grootste deel van zijn tijd besteedt hij inmiddels aan het maken van een minuscule kooi voor licht, waarin het mogelijk is om één enkel lichtdeeltje te vangen. De basis is een zogenoemd fotonisch kristal, een regelmatig, driedimensionaal rooster met dusdanige afmetingen en brekingsindex dat licht van een bepaalde golflengte er niet in kan bestaan. `In zo'n rooster maken we expres één roosterfout, waardoor op die plek het licht wel kan bestaan,' vertelt Vos. `In het doosje dat we zo gemaakt hebben, plaatsen we een quantumdot, een atoom in aangeslagen toestand dat licht kan uitzenden. Het uitgezonden foton kan niet weg, doordat het middenin een fotonisch kristal zit. Vaak gaan het foton en de quantumdot zelfs met elkaar interfereren.'

In dit vici-project probeert Vos met zijn aio's hiervoor optimale fotonische kristallen te maken en de interferentie te detecteren. Nog mooier zou het zijn om de verdeling van energie - die heen en weer springt tussen dot en foton - in de tijd te volgen. Vos: `Daarvoor willen we de brekingsindex van het kristal kunnen schakelen. Dat is iets wat net het afgelopen jaar erg goed aan het lukken is.'

Een spiegelpaleis is een soort fotonisch kristal op menselijke schaal.