Achtste editie van workshop 'Physics with Industry' brengt onderzoekers en bedrijfsleven opnieuw samen

14 december 2017

In de week van 20 tot en met 24 november verzamelden vijftig jonge natuurkundigen zich in het Lorentz Center Leiden om aan de slag te gaan met fysische problemen uit de praktijk. Zij kwamen hier op uitnodiging van NWO-domeinen Exacte en Natuurwetenschappen (ENW) en Toegepaste en Technische Wetenschappen (TTW). Vijf bedrijven legden op maandag een vraagstuk voor en de promovendi en postdocs gingen er mee aan de slag. Na een week vol discussies, literatuuronderzoek, modellen maken en rekenwerk presenteerden de groepen op vrijdag plenair hun resultaten. Een deskundige jury onder leiding van Rudolf Sprik (Universiteit van Amsterdam) beoordeelde de presentaties op kwaliteit, originaliteit van de oplossing en de mogelijkheid van een praktische follow-up. Het team Boskalis ging met de eer strijken.

PWI-groep, foto Anita van StelAfbeelding: PWI-groep, foto Anita van Stel

Fysische problemen

De probleemstellingen kwamen uit de Research & Development -organisaties van de bedrijven. Twee criteria waren hierbij vooraf van belang: er moet vanuit de fysica een bijdrage aan het probleem geleverd kunnen worden en de tijdsspanne van een week moet voldoende zijn om het onderwerp aan te pakken. Shell, Koppert, Boskalis, Nationale Databank Wegverkeersgegevens en Sioux legden de volgende cases voor:

Shell – Koolstofhoudende nanodeeltjes

Bij de overgang naar een koolstofvrije energiewereld kan waterstof een belangrijke rol spelen als dichte energiedrager of brandstof. Methaanpyrolyse levert waterstof plus vaste koolstof, maar koolstof wordt vaak gezien als een ongewenst bijproduct. Bepaalde vormen van koolstof, diamant, grafeen en koolstofnanobuizen zijn echter waardevol en voor diverse toepassingen bruikbaar. Huidige werkwijzen die de vaste koolstof als een nevenproduct produceren, verschaffen een verscheidenheid aan deeltjesgroottes en morfologieën van koolstof. De vraag is: hoe zou Shell koolstofhoudende nanodeeltjes kunnen scheiden op basis van grootte, vorm en morfologie? Welke fysische eigenschappen van de deeltjes zijn bruikbaar? En hoe is de oplossing op te schalen?

Koppert – Hoe houden we de temperatuur in kweekbakken van motten op 29 °C?

Koppert produceert insecten en mijten voor de biologische bestrijding van plagen en ziekten in de tuinbouw. Ook worden er hommels gekweekt voor de bestuiving van gewassen. Koppert heeft een grote kweek van meelmotten, niet voor de biologische bestrijding; de motteneitjes dienen als 'grondstof' om de nuttige insecten op te kweken. De larven worden gehouden op platen in een speciale kast. De optimale temperatuur in de kweekbak is 29 °C. De motten produceren warmte en CO₂ , echter bij 35 °C 'explodeert' het systeem en beginnen de larven uit de units te lopen. Om dit te vermijden blaast een klimaatsysteem lucht van 14 °C in de unit. De vraag is wat de beste instelling (en opstelling) voor het systeem is en met welke luchtstroom Koppert een zo uniform mogelijke temperatuurregeling over de platen kan creëren. Tegelijkertijd wil Koppert graag tot een vermindering van energieverbruik komen.  

Boskalis  - Detectie-instrument voor duikers

Boskalis is wereldwijd een toonaangevend expert op het gebied van baggeren en maritieme diensten. Een van de activiteiten van Boskalis houdt verband met de berging van schepen en het verwijderen van wrakken. Bij een gezonken schip moet vaak olie in de bunkers van een schip worden verwijderd. Normaal gesproken gebeurt dit door duikers, die een gat boren en de olie uit het schip pompen. Vaak bevat de bunker water, olie en lucht, van onder naar boven vanwege het dichtheidsverschil van de stoffen. De slangaansluiting moet zich op een niveau bevinden waar olie achter de romp aanwezig is, om er zeker van te zijn dat alle olie kan worden weggepompt. Op dit moment wordt deze locatie bepaald door onderzoek van de scheepstekeningen, de actuele positie en geometrie van het gezonken schip en het geschatte volume olie in de bunkers. Boskalis heeft sterke behoefte aan een instrument dat het type van de stof achter de romp van een schip kan bepalen zonder de romp binnen te dringen: een detectiesysteem voor een duiker, die dit mee kan nemen naar 100 meter diep.

Nationale Databank Wegverkeersgegevens (NDW)  - Informatie over de betrouwbaarheid van reistijd

De onbetrouwbaarheid van verkeersinformatiediensten als gevolg van onvoorspelbare variaties in reistijden veroorzaakt ineffectieve verkeerssituaties die leiden tot meer vervuiling en onnodige verkeersveiligheidsrisico's. NDW wil gegevensaanbieders en wegbeheerders ondersteunen met uitgebreide informatie over de onvoorspelbare variaties in reistijd. Daarom heeft NDW een effectieve en duidelijke meting van de betrouwbaarheid van de reistijd per segment nodig.

Sioux – Hoe kunnen we onnauwkeurigheid (door spikkels) van laserbelichtingssystemen verminderen?

Sioux CCM is innovatiepartner voor internationale hightechindustrie. De kerncompetenties van Sioux CCM zijn mechanische constructieprincipes, machinedynamica, motion control en optisch ontwerp, onder meer voor bedrijven die medische apparatuur op de markt brengen. Sioux liep tegen het probleem aan dat de toepassing van lasers in vision-toepassingen vanwege de coherente aard van de laserlichtbron vaak gefrustreerd wordt door spikkels. Ook in een applicatie, die met gestructureerd licht - met behulp van een diffractief optisch element - een 3D-mapping van tanden in de mond maakt, veroorzaken spikkels een onnauwkeurige positiemeting. Welke oplossingen zien de deelnemers hiervoor?

De deelnemers verdeelden zich in vijf groepen. Ze gingen op bezoek bij bedrijven, maakten eigenhandig kleine opstellingen in hun lokaal bij het Lorentz Center en benaderden de problemen vanuit verschillende invalshoeken, gebruikmakend van berekeningen en theorieën uit de fysica. De gepresenteerde oplossingen vielen bij de aanwezige vertegenwoordigers van de bedrijven in de smaak.

Jeroen van Schelt, van het Research & Development Entomology Department van Koppert, is enthousiast over de bijdrage van de onderzoekers: "Wij zijn onder de indruk van de slimme, analytische benadering van ons probleem. Met behulp van een infraroodcamera en een rookmachine is er een goede analyse gemaakt van de huidige sterke en zwakke punten in het kweeksysteem. Naast een hele rits creatieve vondsten, waaronder een voor de toepassing van turbulentieschotjes, kwam er bijvoorbeeld ook een advies uit voor een minder arbeidsintensieve manier van schoonmaken van de platen."

Ook Hans Kuppens, systeemarchitect bij Sioux, deelt het enthousiasme over de resultaten van de Sioux werkgroep: "Ze hebben in een extreem korte tijd twee kosteneffectieve oplossingen voor elkaar gekregen. Via een eenvoudige opstelling en een systematische aanpak hebben ze het probleem van het diffractief optisch element doorgrond en op eigen initiatief een SLD gevonden. In één woord geweldig! Wij kunnen met de gepresenteerde oplossingen aan de slag."

PWI Winnaars, foto Anita van StelAfbeelding: PWI Winnaars, foto Anita van Stel

De jonge onderzoekers waren tijdens de week moeilijk te stoppen. Postdoc Adam Taylor en promovendus Sander Blok maakten deel uit van de groep die zich over het Sioux vraagstuk boog. Blok vertelt dat hij als een van de weinigen van de groep geen optica-achtergrond had, maar dat dit geen belemmering vormde: "Ik kon mijn fundamentele fysicakennis op het probleem loslaten. Het was superleuk om met een team aan één concrete opdracht te werken. Ik heb er ook van geleerd hoe een bedrijf tegen vraagstukken aankijkt. Misschien dat ik na mijn promotie een stap richting bedrijfsleven zet."

De winnende Boskalis groep blonk uit door hun originele experiment: met kaarsen, twee kommen met vloeistof en gel testten ze akoestische verschillen en viscositeit. Ze onderzochten echografie, warmtegeleiding, berekenden de amplitude van lamb waves en microzwaartekracht, en discussieerden met experts van Boskalis over alle specificaties en materiaaleigenschappen van de schepen, zoals over de dikte en oppervlakte van het staal waarvan de schepen gemaakt zijn. Ze adviseerden een concrete oplossing die voor duikers bruikbaar kan worden. Roeland Neelissen van Boskalis feliciteerde de groep met de bereikte resultaten, die door een efficiënte combinatie van literatuuronderzoek, experimenten en berekeningen tot stand kwamen.

Aan het eind van Physics with Industry was de gedeelde enthousiaste conclusie van onderzoekers en bedrijven dat NWO de workshopweek in 2019 een vervolg mag geven. NWO dankte het Lorentz Center voor de gastvrijheid.

Meer informatie over Physics with Industry

Website

Contactpersoon: Jeroen van Houwelingen, +31(0)30 600-1244

Bron: NWO