De Ingenieur juli 2018

T EC H N I E K M A A K T J E W E R E L D

DE INGENIEUR nummer 7 | jaargang 130 | juli 2018

Extreme Engineering Op de grens van het technisch mogelijke

ACTUEEL TECHNIEKNIEUWS vind je op www.deingenieur.nl

Alles wat je zoekt overzichtelijk bij elkaar Wat speelt er vandaag op techno­ logiegebied? Je leest het op de website van De Ingenieur. Elke dag nieuwe berichten met beeld, filmpjes en links.

www.deingenieur.nl

Ook op onze site: • Activiteiten op techniekgebied in een overzichtelijke agenda • Dossiers over onderwerpen als de quantumcomputer en kunstmatige intelligentie • De interessantste vacatures voor ­ingenieurs

foto Fistuca

11 EXTREME PROJECTEN Van gepriegel op nanoschaal tot het de grond in heien van palen met ongekend harde klappen: het werk van ingenieurs kan op allerlei ­manieren extreme vormen aannemen. In ons coververhaal van deze maand zeven tot de verbeelding sprekende voorbeelden.

28 NOORD/ZUIDLIJN Na een bouw die allesbehalve soepel verliep, gaat op 22 juli ­eindelijk de nieuwe Amsterdamse metrolijn van start. Die kan nu zelfs autonoom rijden.

38 TECHNISCH JARGON Het blijft lastig voor ingenieurs om geen vaktermen te gebruiken en rekening te houden met emoties bij het publiek, constateert hoogleraar wetenschapscommunicatie Ionica Smeets.

48 SCOUTOMAAT

Geknipt Punt Focus Giesen Extreme engineering Möring Noord/Zuidlijn Wetenschappelijk beeld Quote To do Eureka Rolf zag een ding Voetbalscoutsysteem Podium Inbox Paspoortcontrole Media Voorwaarts Kopstuk Het nieuwe werken Passie

Welke jonge speler is de Messi van morgen? Dat bepaalt het voetbalscoutsysteem van het Twentse SciSports, waar topclubs maar al te graag gebruik van maken.

T EC H N I E K M A A K T J E W E R E L D

DE INGENIEUR nummer 7 | jaargang 130 | juli 2018

Lees het laatste technieknieuws op www.deingenieur.nl facebook.com/deingenieur.nl @de_ingenieur

Extreme Engineering Op de grens van het technisch mogelijke

42 ALLESREINIGER De Sonic Soak is een apparaatje dat met behulp van ultrasoon geluid van alles en nog wat kan schoonmaken.

Ook in Eureka: een tennisballen verzamelende robot, een 3D-geprinte brace voor artrosepatiënten, een vierwielige fiets die beschermt tegen wind en regen, en meer.

illustratie Pepijn Barnard

EUREKA

jaargang 130 nummer 7 juli 2018

Wetenschappelijke beelden kunnen vaak prima doorgaan voor kunst, zo laat museumdirecteur Dingeman Kuilman zien met zijn tentoonstelling True Beauty.

illustratie Peter Welleman

INHOUD

34 KUNST- EN MEETWERK

2 3 4 5 11 27 28 34 38 41 42 47 48 51 51 52 54 58 60 62 64

COLOFON

GEKNIPT

ABONNEMENTEN Leden van het Koninklijk Instituut Van Ingenieurs (KIVI) ontvangen De Ingenieur uit hoofde van hun lidmaatschap.

Abonnement voor niet-leden (inclusief btw): • magazine € 128,50 per jaar • digitaal € 69,- per jaar • losse nummers € 15,- (inclusief verzending) Abonnementen worden tot wederopzegging aangegaan en ten minste voor de vermelde periode. Het abonnement kan na deze periode per maand worden opgezegd. U kunt uw opzegging het beste via onze website doorgeven: www.deingenieur.nl/lezersservice ABONNEESERVICE DE INGENIEUR Ga voor (cadeau)abonnementen, adreswijzigingen en het laten nazenden van niet ontvangen nummers naar het webformulier op de site, te vinden onder het kopje ‘Abonneeservice’. www.deingenieur.nl adres Postbus 30424, 2500 GK Den Haag e-mail abonneeservice@ingenieur.nl tel. 070 39 19 850 (bereikbaar op maandag, ­dinsdag, donderdag en vrijdag van 9 tot 14 uur)

DE INGENIEUR ALS PDF Abonnees die De Ingenieur willen downloaden als pdf-bestand, ­kunnen daarvoor terecht op de website: www.deingenieur.nl/pdf

REDACTIE ir. Frank Biesboer (hoofdredacteur), ir. Jim Heirbaut, drs. Jean-Paul Keulen (eindredacteur), Marc Seijlhouwer MSc VORMGEVING Hannie van den Berg Grafische Vormgeving & DTP, Houten REDACTIEADRES Prinsessegracht 23 2514 AP Den Haag Postbus 30424 2500 GK Den Haag tel. 070 391 9885 e-mail redactie@ingenieur.nl website www.deingenieur.nl

ADVERTENTIES KIVI Barbara Gemen tel. 070 391 9875 e-mail barbara.gemen@kivi.nl Marjolein Akkerman tel. 070 391 9873 e-mail marjolein.akkerman@kivi.nl DRUK Bariet Ten Brink, Meppel

De Ingenieur verschijnt 12 maal per jaar. © Copyright 2018 Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, via internet of op welke andere wijze dan ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Niet in alle gevallen is na te gaan of er op de illustraties in dit nummer nog copyright rust.

Waar er nog verplichtingen zijn tot het betalen van auteursrecht is de uitgever bereid daar alsnog aan te voldoen.

ISSN 0020-1146

LIDMAATSCHAP KONINKLIJK INSTITUUT VAN INGENIEURS Het Koninklijk Instituut Van Ingenieurs (KIVI) is de beroepsvereniging voor hoger opgeleide technici in Nederland. Iedereen die hoger technisch onderwijs volgt, heeft gevolgd of een sterke affiniteit heeft met techniek, kan lid worden van KIVI. Leden ontvangen vanuit het lidmaatschap technologietijdschrift De Ingenieur. Kijk voor meer lidmaatschapsvoordeel op www.kivi.nl/lidmaatschap.

CONTRIBUTIE 2018 Regulier lidmaatschap: € 137,50 Afgestudeerd in 2017/2018: € 69,Studentlidmaatschap: € 44,Seniorlidmaatschap: € 108,De contributie voor leden in het buitenland is gelijk aan die voor leden woonachtig in Nederland.

Een lidmaatschapsjaar loopt van 1 januari tot en met 31 december.

Bij lidmaatschappen die in de loop van het jaar ingaan, wordt de ­contributie naar rato berekend. Aanmelden voor het lidmaatschap kan via www.kivi.nl/lidworden.

OPZEGGEN LIDMAATSCHAP Het lidmaatschap wordt jaarlijks automatisch verlengd. Beëindiging van het lidmaatschap kan per het einde van het kalenderjaar. Er geldt een opzegtermijn van ten minste één maand; een schriftelijke opzegging per brief of e-mail dient uiterlijk 1 december in ons bezit te zijn. Na ontvangst van de opzegging en even­ tueel verschuldigde contributie verstuurt de ledenadministratie een bevestiging.

CORRESPONDENTIEADRES Koninklijk Instituut Van Ingenieurs t.a.v. Ledenadministratie Postbus 30424 2500 GK Den Haag tel 070 391 98 80 ledenadministratie@kivi.nl

­

‘Zeggen dat je naar je hart moet luisteren, is echt een verkeerd ­advies geworden. Want je hart kan nu best gekaapt zijn door Vladimir Poetin, die via allerlei algoritmes goed weet hoe hij bij jou op de angst- en haatknop moet drukken. Wanneer je dan naar je hart luistert, luister je in feite naar een vreemde macht.’

Yuval Noah Harari, auteur van de bestsellers Sapiens en Homo Deus, maakt zich zorgen over grootschalige digitale manipulatie (NRC).

‘Bij het oplossen van het klimaatprobleem hebben huidige generaties nauwelijks baat. Bovendien slaat een belangrijk deel van de baten buiten onze landsgrenzen neer. Daarmee verschilt de energietransitie van transities met direct zichtbare voordelen.’

Hoogleraar regionaal economische dynamiek Henri de Groot van de Vrije Universiteit in Amsterdam pleit ervoor dat werknemers in de kolensector straks elders aan de slag kunnen (SERmagazine).

‘Ze eten het zaaigraan op. Als we al onze faculteitsleden ­kwijtraken, wordt het moeilijk om de volgende generatie ­onder­zoekers op te leiden.’

Dan Weld, hoogleraar informatica aan de University of Washington, maakt zich zorgen om het feit dat bedrijven als Facebook en Uber zoveel AI- en roboticadeskundigen wegkapen bij universiteiten (New York Times).

“Je ziet dat sommige AI-studenten hun studie niet eens meer ­afmaken omdat ze al voor enorme salarissen voor Amerikaanse bedrijven kunnen gaan werken.”

Aimée van Wynsberghe, roboticaonderzoeker aan de TU Delft, constateert dat er ook onder Europees AI-talent een brain drain gaande is (NRC).

‘De EU lijkt relatief goed in het huisvesten van bestaande R&D-reuzen, maar is minder goed gepositioneerd om onder­ nemende talenten te ontwikkelen die gebruikmaken van ­nieuwe technologische veranderingen.’

Onderzoeker Reinhilde Veugelers van denktank Bruegel constateert dat jonge bedrijven uit China en de VS meer aan R&D doen dan hun Europese concurrenten (Technisch Weekblad).

‘We denken liever niet na over het vooruitzicht totaal irrelevant te worden. In plaats daarvan grinniken we om de missers van kunstmatige intelligentie terwijl we genieten van de laatste zonnestraaltjes van onze overheersing.’

Volgens journalist Tad Friend steken we onze kop in het zand als het gaat om de gevaren van algemene kunstmatige intelligentie (The New Yorker).

‘We zaten op de betonnen vloer dozen in te pakken en ik zei: ‘Mijn knieën gaan hier helemaal kapot van! We moeten knie­ beschermers kopen!’ Een collega keek me aan en zei: ‘Jeff, we moeten inpaktafels kopen.’ Dat deed ik de dag erna. Onze ­productie verdubbelde en we hebben er waarschijnlijk ook ­onze knieën en ruggen mee gered.’

Amazon-oprichter Jeff Bezos haalt herinneringen op aan de ­begindagen van zijn online winkel, toen iedereen die er werkte – Bezos inbegrepen – moest helpen met het verzenden van de bestelde boeken (Business Insider).

Proefprojecten met blockchains, die minder bureaucratie en een betere dienstverlening ­beloven, schieten in Nederland als paddenstoelen uit de grond. Daarom is het hoog tijd om werk te ­maken van een goede onder­liggende infrastructuur, zegt TNO-onderzoeker Oskar van Deventer.

‘GEEF BLOCKCHAIN EEN GOEDE BASIS’

Dr.ir. Oskar van Deventer is Senior Scientist Blockchain Networking bij de Nederlandse Organisatie voor ToegepastNatuurwetenschappelijk Onderzoek (TNO) in Den Haag.

proefprojecten hebben we geleerd dat het opzetten van een professionele blockchain technisch en ­bestuurlijk complex is. Dit komt doordat zo’n block­ chain per definitie een andere manier van samen­ werken tussen organisaties vereist. Net als de infra­ structuur voor betalingsverkeer of voor internet is het draaien van blockchain-­infrastructuur een pro­ fessionele business. Tegelijk gelden schaalvoor­ delen: het parallel draaien van meerdere grote blockchains is niet veel ingewikkelder dan van één kleine.

We hebben dus een stabiele infrastructuur voor blockchains nodig met voorspelbare prijzen, goed bestuurde technologie en een duidelijk bevoegd ­gezag. TNO zet daarvoor nu samen met de Heerlen­ se Brightlands Smart Services Campus en een aantal andere Nederlandse partners een project op. In de toekomst moet zo’n infrastructuur worden beheerd door par­tijen voor wie het leveren van betrouwbare infrastructuur een kerntaak is, zoals banken en ­telecomoperators. Hierop kunnen blockchain­ proefprojecten de volgende stappen maken voor grootschalige tests en in productie gaan.

illustratie Joost Stokhof

PUNT

In Nederland voeren bedrijven en overheden vele proefprojecten met blockchains uit, zoals projecten in de financiële dienstverlening, voedsel­productie en logistieke ketens, en rond onderwijscertificaten en gemeentelijke processen. Met een blockchain kunnen samenwerkende organisaties een deel van hun administratie gezamenlijk voeren, waarbij nie­ mand zonder toestemming zaken kan aanpassen of verwijderen. Dit belooft de uitwisseling van infor­ matie te vereenvoudigen en beter ­bestand te ma­ ken tegen fraude. Verder kan het de dienstver­lening versnellen, zeker als er drie of meer organisaties bij betrokken zijn.

Het is echter onduidelijk op welke onderliggende blockchain­-infrastructuur dit alles gaat draaien.

Start-ups kiezen vaak voor Public Ethereum, een blockchain die in 2015 van start ging. Voordelen zijn de goede toegankelijkheid en de brede toepasbaar­ heid van deze blockchain, met aantoonbare be­ trouwbaarheid. Nadelen zijn de beperkte hoeveel­ heid transacties per seconde en de mede daardoor sterk fluctuerende transactiekosten. Door een plot­ seling toenemende vraag naar transacties of naar de cryptovaluta Ether, waarin de trans­ acties worden betaald, kan het ­zomaar gebeuren dat trans­ acties op deze block­ chain dagenlang niet mogelijk of veel te duur zijn.

Dit maakt dit ­type blockchain minder geschikt voor cruciale processen.

De genoemde proefprojecten van secto­ ren en overheden gebruiken vaak een blockchain die is geleverd door één technische partij. Deze centralisa­ tie is prima om de waarde van een blockchain­ toepassing te ervaren, maar het gaat voorbij aan de essentie van een blockchain, namelijk dat je juist niet van één partij afhankelijk bent.

Verder is het de vraag in hoeverre het draaien van blockchain-­infrastructuur een kerntaak is voor een voedselhandelaar, vervoerder of gemeente. Uit

juli 2018 | de ingenieur 7 | 3

Robot geeft schrijfles

Energie in samengeperste lucht

foto Fraunhofer Project Center

Centrale stoot zuiver CO 2 uit

Lees het laatste ­technieknieuws op www.deingenieur.nl

Afgelopen maand werd deze machine gepresenteerd. Hij maakt glasvezels heel precies vast aan een fotonische chip.

FOCUS

FOTONICA KRIJGT DUW IN RUG Nederland wil de ontluikende fotonicasector door laten groeien tot een bloeiende industriële bedrijfstak van formaat. Daartoe ontwikkelde Photon Delta een Nationaal Plan Geïntegreerde Fotonica, dat deze maand werd aangeboden aan staatssecretaris Mona Keijzer van Economische Zaken en Klimaat.

onder redactie van Marc Seijlhouwer MSc m.m.v ir. Frank Biesboer, ir. Jim Heirbaut, drs. Timo Können en ir. Judith Robbe

4 | de ingenieur 7 | juli 2018

Fotonica is de tegenhanger van de elektronica: in plaats van elektronen brengen fotonen oftewel lichtdeeltjes informatie van A naar B. Fotonische of optische chips, die dit licht manipu­ leren, kunnen oplossingen bieden wanneer de elektronica ­tegen grenzen aanloopt.

Nederland kent al enkele concrete projecten op dit vlak. Zo werkt EFFECT Photonics uit Eindhoven aan een snelle verbinding tussen een glasvezel en elektronica. Technobis in Alkmaar ont­ wikkelt fotonica die de vervorming van grote constructies meet, zoals vliegtuigvleugels. En in Enschede is LioniX bezig met rich­ tingsgevoelige communicatiesystemen.

Photon Delta, de organisatie waarin fotonica-onderzoekers en -bedrijven zich hebben verenigd, wil met het Nationaal Plan Geïntegreerde Fotonica dit soort projecten een flinke duw in de rug geven. Daarvoor is een bedrag nodig van 250 miljoen euro.

Hiervan is 150 miljoen euro nu al gedekt door de landelijke overheid, regionaal geld (Noord-Brabant, Overijssel en Gelder­ land), de kennisinstellingen TNO, Universiteit Twente, Radboud Universiteit Nijmegen, TU Eindhoven en NWO. De rest moet gaan komen van bedrijven en Europese subsidies.

De verwachting is dat de markt voor fotonische chips zal groei­ en met 35 % per jaar. Nederland heeft bij de kennisinstellingen een hoog niveau op het gebied van fotonica, en daaruit ­komen goede start-ups voort. Maar wil ons land de vruchten plukken van de verwachte snelle groei van de fotonicasector, dan is er meer nodig.

‘Op kleine schaal maken we in Nederland fotonische chips, maar als er nu een be­ drijf van het formaat Google of ­Microsoft zou komen met de vraag om grote aan­ tallen fotonische chips voor datacenters te produceren, dan hebben we daarvoor niet de hele keten in huis’, zegt dr.ir. René Penning de Vries, boegbeeld voor de ­geïntegreerde fotonica in Nederland. ­‘Behalve het produceren van de fotoni­ sche chip, moet je die ook kunnen pack­ agen, testen en het productieproces kun­ nen ­opschalen. Zover zijn we nog niet.’

Hoge kwaliteitsnormen De sector gaat daarom professionaliseren in verschillende domeinen. ‘De markt voor fotonische chips is vooral business­to-business. Daarbij liggen de internatio­ nale kwaliteitsnormen erg hoog en daar moet je in mee. Denk bijvoorbeeld aan leverbetrouwbaarheid. Ook verwachten bedrijven als Google of Alibaba dat je heel snel volgende, betere, versies van een fotonische chip kunt ­maken. Hoe sneller zo’n iteratie, des te sneller het leervermogen van die klant.’

Daarbij was er in Nederland tot nu toe sprake van een technology push: wat is er mogelijk met fotonica? ‘We ­moeten naar market pull: wat heeft de industrie nodig?

Dan gaan wij daar de technologie bij ­ontwikkelen.’ (JH)

SCHUIM UIT MATRAS GERECYCLED Eind vorige maand opende in Alphen aan den Rijn een nieuwe fabriek van matrasrecyclingbedrijf RetourMatras zijn deuren. Deze fabriek kan uit het zachte ­materiaal van matrassen isolatieplaten produceren. foto RetourMatras

geperst tot een schuimmassa met een dichtheid van 80 tot 300 kg per m3. ‘Met die hoge temperatuur zorgen we ook dat het materiaal volledig bacterievrij is’, zegt Fioole.

Het geperste schuim komt als grote cilinders uit de fabriek, ruim 2 m hoog en 1,5 m in doorsnede. Vervolgens snijdt een apparaat die tot een plaat met een dikte die varieert van 3 tot 30 mm. Met de huidige aanvoer van matrassen verwacht Fioole jaarlijks zo’n 1,5 miljoen kg isolatiemateriaal te kunnen produceren.

Het geperste schuim heeft allerhande

ZONNECEL IN GEVELPLAAT

toepassingen, zoals onderplaten voor laminaatvloeren en tapijt, en shock pads voor onder kunstgras. ‘We leveren dichtheid en dikte naar wens.’

Als alles goed gaat in de nieuwe fabriek, komt de extra verwerkingslijn er ook in Lelystad bij. Fioole is daarnaast van plan een fabriek in het zuiden van Nederland te bouwen. ‘We willen zo het transport terugdringen en ons marktaandeel uitbreiden.’ Nu verdwijnt een groot deel van de matrassen die niet naar RetourMatras gaan namelijk in de verbrandingsoven.

‘Zonde van het materiaal.’ (FB)

GIESEN illustratie Matthias Giesen

Jaarlijks worden in Nederland zo’n 1,5 miljoen matrassen afgedankt, waarvan fabrieken van RetourMatras in Lelystad en Alphen aan den Rijn 40 % verwerken. Het verenstaal uit de matras­ sen en de matras­hoes hebben al een duidelijke bestemming. ‘De matrashoes gaat naar textielrecycler Wolkat, voor het staal zijn er tal van afnemers’, zegt directeur-eigenaar Nanne Fioole. Het schuim, zo’n 60 % van het totale volume van de matrassen, werd tot nu toe tot balen geperst en verscheept naar elders in de wereld voor verdere verwerking.

‘In de nieuwe fabriek in Alphen doen we die laatste stap nu zelf.’

Het schuimmateriaal, polyurethaan of latex, wordt tot vlokken gesneden, gemengd met bindmiddel en vervolgens met stoom van 150 °C gelijmd en

Matrasrecyclingbedrijf RetourMatras perst grote cilinders van het schuim uit oude matrassen. Daar wordt vervolgens een dunne plaat uit gesneden.

Op de TU Eindhoven is een experiment gestart met gevelplaten waarin dunne-film-zonnecellen zijn ver­ werkt. De belofte ervan is dat gevelplaat en zonnecel in een enkel geïntegreerd proces zijn te produceren.

Het experiment met de zonopwekkende gevelplaten is het resultaat van een samenwerking tussen Studio Solarix, Solliance en andere partners. Solarix is al ­langer bezig om zonnepanelen op gevels mooi te maken. Solliance heeft zich gespecialiseerd in de ­productie van dunne-film-zonnecellen.

De gevelplaten zijn van glasvezelcomposiet. ‘De ­zonnecel wordt bij het maken van de gevelplaat mee gelamineerd’, zegt architect ir. Marloes van ­Heteren, een van de partners van Studio Solarix.

De test moet nu uitwijzen hoe de gevelplaten zich in de buitenlucht houden. Daarbij gaat het om ­zaken als de stroomopbrengst en de onderlinge hechting tussen het composiet en de zonnecel.

‘Ook testen we twee kleuringstechnieken: een met kleurspikkels in het composiet en een met een gekleurd folie.’ (FB) juli 2018 | de ingenieur 7 | 5

FOCUS

Race om de AI-hegemonie Kunstmatige intelligentie gaat een grote rol spelen in allerhande processen, van de productie in een fabriek tot de manier waarop artsen en rechters hun werk doen. Dat is ook te merken aan de snel groeiende investeringen in de technologie. Daarbij geldt: wie de investeringen en kennisontwikkeling beheerst, heeft de meeste invloed en boekt de meeste winst.

Onlangs bracht het European Political Strategy Centre de stand van zaken in kaart: continenten strijden om de hegemonie en grote bedrijven nemen de kleinere AI-ontwikkelaars over.

Vooralsnog is Europa de hekkensluiter onder de industriële mogendheden.

Wereldwijde investeringen nemen toe

Noord-Amerika investeert het meest

Investeringen in miljarden euro’s

Investeringen in miljarden euro’s door bedrijven zelf van buiten (durfkapitaal)

12

Europa 2,5-3,3 mld

Noord-Amerika 12,2-18,8 mld

8

4

0

Azië 6,5-9,8 mld

2012

2013

2014

2015

2016

2017

VS heeft meeste AI-bedrijven

China leidt onderzoek deep learning Aantal publicaties per jaar China

VS

Japan

Duitsland

400 300 200

Aantal bedrijven 0 200 400 600 800 1 000

100

0

2007

2009

2011

2013

2015

Grote bedrijven slokken kleintjes op Overnames sinds 2012 (elke ruit is een overname)

illustratie Ymke Pas

2012

6 | de ingenieur 7 | juli 2018

2014

2016

2018

FOCUS

GASCENTRALE TAPT EIGEN CO2 AF

tekst drs. Timo Können

Bij conventionele centrales is het te duur om het geproduceerde CO2 af te tappen, om te voorkomen dat het in de lucht te­ rechtkomt. Apparatuur om het CO2 uit het uitstootmengsel te halen, soupeert name­ lijk zo’n 13 % van de geproduceerde ener­ gie op. Die situatie bracht de Engelse uit­ vinder Rodney Allam, medeoprichter van NET Power, zo’n tien jaar geleden op het idee de verbrandingscyclus helemaal ­anders in te richten. Het probleem lag ­volgens hem bij de gasturbine die in een gascentrale de generator aandrijft. Deze gebruikt als brandstofmengsel lucht, dat maar voor 21 % uit zuurstof bestaat. Ver­ der zitten er vooral stikstof plus kleine ­beetjes andere gassen in. Al die gassen (en verbindingen met zuurstof) gaan aan het eind samen met het geproduceerde CO2 en water de schoorsteen in. Waarom, vroeg Allam zich af, doen we de verbran­ ding dan niet in zuivere zuurstof?

In feite kende hij het antwoord al: als er geen stikstof meer is om het grootste deel van de hitte op te nemen, krijgt het CO2- en watermengsel een zo hoge ­t­emperatuur dat de turbine het niet kan verdragen. Allams eurekamoment kwam toen hij besefte dat hij de stikstof een­ voudigweg kon vervangen door extra CO2. Het enige dat dan na de verbranding nog hoeft te worden afgescheiden, is het water, en dat is niet moeilijk.

Superkritisch De basis van de cyclus die Allam ontwierp, is dan ook een grote hoeveelheid CO2 die niets anders doet dan circuleren. In een verbrandingskamer wordt daar ­telkens wat methaan en zuurstof aan ­toe­gevoegd, die reageren tot extra CO2 en

water plus veel hitte. Het expanderende mengsel drijft vervolgens een turbine met generator aan. De ingangstemperatuur van 1150 °C en de druk van 300 bar zijn zo hoog dat het mengsel superkritisch is.

In die fasetoestand is het onderscheid ­tussen gas en vloeistof opgeheven: het CO2 stroomt als een gas, maar heeft de dichtheid van een vloeistof. Dat maakt de turbine-aandrijving efficiënter.

Voorbij de turbine koelt een warmte­ wisselaar het nu niet meer superkriti­ sche gasmengsel sterk af, waardoor het water eruit condenseert. Even verderop wordt het bij de verbranding ontstane CO2-overschot afgetapt en in een tank opgeslagen. De warmte die de warmte­ wisselaar eerder aan het gasmengel heeft onttrokken, verhit de rest van de CO2-stroom vervolgens opnieuw.

Die is daarmee klaar om weer de verbrandings­kamer in te gaan.

Het beoogde rendement van 58 % is vergelijkbaar met de 59 % van moderne gasturbinecentrales (die geen CO2 ­afscheiden). Die hebben om dat ren­ dement te halen echter naast hun ­gas­turbine ook nog een turbine nodig voor hete stoom en zijn dus ingewikkel­ der. Bovendien is de enkelvoudige tur­ bine van de Allam-cyclus dankzij de ­grote dichtheid van het superkritische mengsel aanmerkelijk compacter ­gebouwd.

Zijn er dan geen complicaties met de nieuwe technologie? Die vallen mee, denkt medeoprichter van NET Power ­Walker Dimmig. ‘Onze door Toshiba ont­ worpen turbine is weliswaar de eerste in de wereld die op superkritisch CO2 draait, maar de inwendige omstandigheden zijn niet zo extreem. De ingangstemperatuur is bijvoorbeeld koel in vergelijking met die van geavanceerde gasturbines. En de druk van 300 bar is voor zo’n turbine wel hoog, maar Toshiba heeft al stoomturbi­ nes voor hogere drukken gebouwd.’

Mijlpaal Het meest kritieke onderdeel is volgens ­Dimmig de eveneens van Toshiba af­ komstige verbrandingskamer. ‘Verbran­ ding bij 300 bar in een heel erg CO2-rijke omgeving was nog nooit eerder gedaan.

Dat we die werkend hebben gekregen, was dus voor ons een grote mijlpaal.’

Momenteel is NET Power bezig met ­uitgebreide tests van het geheel, waarbij het CO2 eerst om de turbine heen wordt geleid. ‘Dat geeft meer flexibiliteit bij het testen, vooral voor de verbrandings­ kamer. Als dit deel van de tests is afge­ rond, sluiten we de tur­bine aan en ­zullen we ook elektriciteit gaan produce­ ren.’ Tegelijkertijd werkt het ­bedrijf aan het ontwerp van een commerciële 300 MW-versie van de ­centrale, die in 2020 op de markt moet komen.

foto NET Power

Het Amerikaanse bedrijf NET Power heeft bij Houston in Texas een experimentele gascentrale van 50 MW in gebruik genomen die werkt volgens een revolutionair concept. In plaats van het ‘vuile’ mengsel dat gewone gascentrales uitstoten, bestaat de afvalstroom van deze centrale uit ­zuiver CO2, dat direct is op te slaan of te hergebruiken.

NET Power nam bij Houston een experimentele gascentrale in gebruik, die zuiver CO2 uitstoot. juli 2018 | de ingenieur 7 | 7

FOCUS

UITRUSTEN IN HET PELETON Deze wielrenpoppetjes, schaal 1:4, doen door hun kleur een beetje denken aan het beroemde Chinese Terracottaleger.

Ze staan hier echter in een windtunnel van de faculteit Bouwkunde van de Tech­ nische Universiteit Eindhoven. Uit experi­ menten komen nieuwe inzichten naar voren waar professionele wielrenners hun voordeel mee kunnen doen.

Elke wielrenner weet dat je midden in het peloton minder hard hoeft te trappen om toch mee te komen, maar hoevéél minder, dat blijkt nu uit onderzoek van de Eindhovense hoogleraar prof.dr.ir. Bert Blocken samen met de KU Leuven, de Université de Liège en de bedrijven ­ANSYS en Cray. Bij dat laatste bedrijf draaiden simulaties die zelfs op 13 824 processoren met 49 terabyte aan werk­ geheugen nog meer dan vijftig uur duur­ den. In de windtunnels van de universi­ teiten in Luik en Eind­hoven werd vervolgens bevestigd dat de simulaties kloppen.

Wat blijkt? Op de meest ideale positie in de buik van het peloton verbruikt een renner maar 5 tot 10 % van de energie die hij kwijt zou zijn als hij of zij in zijn eentje zou rijden. En terwijl hij met 50 km/h meerijdt met het peloton, voelt het alsof hij of zij met 12,5 km/h voor­ uitgaat; het tempo van een keuvelende wielertoerist. De kleine afbeelding laat zien dat de renners voorin het peloton lucht voor zich uitduwen – en dus in iets verhoogde druk fietsen – en dat ze ach­ terin in lagere druk rijden.

Het werk levert ook echt nieuwe inzich­ ten op voor profwielrenners. Zo blijkt het niet slim om aan de flanken van het ­peloton te rijden. ‘Je verlaagt weliswaar de kans op valpartijen, maar de lucht­ weerstand is er een stuk hoger dan in het peloton’, zegt Blocken. Wil je je krachten optimaal sparen, dan kies je een plekje in de kudde, ongeveer op een derde van de kop. Daar is de kans op val­ partijen klein en kun je toch lekker zuinig fietsen.

tekst ir. Jim Heirbaut foto Bart van Overbeeke/TU Eindhoven

8 | de ingenieur 7 | juli 2018

FOCUS

juli 2018 | de ingenieur 7 | 9

FOCUS

SCHRIJFROBOT HELPT SCHOLIEREN Op vier basisscholen helpt robot Sqriba leerlingen bij het leren schrijven.

Leerlingen in groep 4 van basisschool De Boeier in Lelystad schrijven met een magnetische pen op een werkblad. Door de beweging van de sturende pen te ­volgen, leren ze beter letters schrijven.

Ze kunnen het letterspoor op het bijbe­ horende schermpje zien.

‘De magneet wordt aan de onderkant van de tafel aangestuurd en brengt zo de perfecte schrijfbeweging over op de ­tafel’, vertelt ing. Jan van den Brom, ­initiatiefnemer van schrijfrobot Sqriba.

‘De leerling, die de pen gewoon op zijn eigen manier kan vasthouden, kan niet anders dan die ­beweging volgen en schrijft dus altijd perfecte letters. Dat ­verbetert het handschrift en voorkomt dat foutief aan­geleerde bewegingen ­later moeten ­worden afgeleerd.’

Zo’n 30 % van de basisschoolleerlingen

Revalidatieklinieken De test in de Lelystadse groepen 4 loopt in totaal zes weken. Aan het begin, ­halverwege en aan het eind van de ­testperiode meet een deskundige de schrijfkwaliteit van de leerlingen met ­behulp van de SOS-methode (Systemati­ sche Opsporing Schrijfproblemen). De ­eerste indruk van het nog niet afgeronde onderzoek: het handschrift van de­ ­kinderen is vloeiender en regelmatiger geworden.

foto Patricia Pietersen

heeft moeite met schrijven, blijkt uit ­onderzoek. ‘Bovendien is leren schrijven best saai en duurt het vrij lang’, zegt Van den Brom. ‘Sqriba moet daar verandering in brengen.’

De schrijfrobot, ontwikkeld door studenten van de Haagse Hogeschool en de TU Delft, maakt gebruik van het leer­principe van herhaalde beweging. ‘Met de Sqriba ­krijgen kinderen snel veel oefening.’

De sturende pen Sqriba leert basisschool­ leerlingen om netter te schrijven.

Na de zomervakantie gaat Sqriba ook schrijfles geven in groep 3. ‘We verwach­ ten een groter effect bij kinderen die nog moeten leren schrijven.’ Het aantal testlo­ caties wordt uitgebreid naar zes scholen.

‘Ook draaien we pilots in internationale schakelklassen en revalidatieklinieken.’

Een Sqriba kost nu nog 3500 euro, maar Van den Brom hoopt de prijs op termijn met massaproductie terug te kunnen brengen naar 1500 à 2000 euro. (JR)

START-UP SLAAT ENERGIE OP IN LUCHT Duurzaam geproduceerde elektriciteit is grootschalig op te slaan door lucht samen te persen.

Dat laten de Britse start-up Storelectric en de NAM zien in een nieuw project.

Dit project vloeit voort uit de NAM70-­ challenge die het bedrijf uitschreef voor zijn 70-jarige bestaan.

De opslagtechniek heeft een betrekkelijk eenvoudige cyclus: is er een overschot aan stroom van wind of zon, dan wordt

compressor

stroom bij piekvraag opslag van warmte turbine

toevoer stroomoverschot

generator

motor

laden m

et pe rs

lucht

illustratie RWE Power

perslu cht o

10 | de ingenieur 7 | juli 2018

samengeperste lucht zoutholte

ntlad en

Schematische weergave van elektriciteits­ opslag door omzetting in samengeperste lucht.

lucht samengeperst en ondergronds ­opgeslagen. Leveren wind en zon te ­weinig, dan wordt die samengeperste lucht door een turbine geleid om zo weer elektriciteit te produceren.

Storelectric haalt met die cyclus een ­efficiency van 65 % door handig om te gaan met de warmte die ontstaat bij het samenpersen van de lucht tot zo’n 70 bar (7 MPa). Deze warmte wordt met een temperatuur van zo’n 200 °C opge­ slagen.

Is er elektriciteit nodig, dan dient die warmte om de lucht tijdens het expan­ deren op temperatuur te houden, zo ­vertelt directeur Tallat Azad CEng. De methode is, anders dan bij batterij­ en, vooral geschikt voor grootschalige opslag van elektriciteit. Die opslag kan in holtes in zoutlagen; de installatie in Duitsland gebruikt er twee met een totaal volume van 310 000 m2. Een ­andere optie zijn poreuze steenlagen, bijvoorbeeld van oude gas- en olie­ velden. ‘Locaties die de samengeperste lucht kunnen vasthouden, zijn er in ­Europa genoeg’, aldus Azad. (FB)

EXTREME ENGINEERING

EXTREME

ENGINEERING W

at hebben de zwaarste heiklap, het heftigste deeltjesbombardement en het leggen van een nanobuisje tussen twee elektroden met elkaar gemeen? Dat ingenieurs hun inventiviteit gebruiken om zulke uitzonderlijke prestaties te realiseren en daarbij gebruikmaken van het uiterste dat de natuurkrachten toestaan.

In dit themaoverzicht van extreme engineering zijn we uitgekomen op twee uitersten: of veel, zwaar en groot, of minuscuul en extreem gevoelig. Dat grote zien we bijvoorbeeld in het verhaal over de waterheimachine van Fistuca. Die is bedoeld voor windturbines op zee en gebruikt het gewicht van een waterkolom om de funderingspaal de grond in te slaan. Bruut geweld, maar dan mooi uitgesmeerd, en met veel minder lawaai dan de traditionele heiklap. En voor het testen van de ‘uitlaat’ van de nieuwe fusiereactor ITER ontwikkelde de TU Eindhoven de Magnum-PSI, een apparaat dat het deeltjesbombardement op die ‘uitlaat’ versneld kan nabootsen.

Aan de andere kant van het spectrum is er de uitdaging om twee ­elektroden te verbinden met een koolstof nanobuisje. Daar bestaat geen pincet voor; het kan wel door slim gebruik te maken van hulp-

moleculen. Of neem de detectoren van de ­ruimtevaartorganisatie SRON, die spelen met supergeleiding en daardoor gevoelig zijn voor temperatuurveranderingen van een duizendste Kelvin.

Voor ons themanummer brachten we ook een bezoek aan een van de twee Amerikaanse LIGO-detectors die in september 2015 voor het eerst zwaartekrachtgolven detecteerden. Het onderzoeksteam is daar nu bezig met een upgrade die de installatie nóg gevoeliger moet maken. Dat betekent zoeken naar technieken voor het onderdrukken van de kleinst mogelijke verstoring.

Al deze voorbeelden van extreme ingenieurskunde hebben met elkaar gemeen dat ze het begrijpen van fysische processen combineren met vindingrijkheid om die tot hun uiterste grens te benutten. Een prachtig vak. juli 2018 | de ingenieur 7 | 11

EXTREME ENGINEERING

Bot versus bot

EXTREEM

VOORZICH

TIG

Met het verwijderen van schedelbot kan een chirurg urenlang bezig zijn – en daarbij mag de aandacht natuurlijk niet ­verslappen. De freesrobot RoBoSculpt moet die zware klus gaan overnemen. tekst ir. Jim Heirbaut

12 | de ingenieur 7 | juli 2018

EXTREME ENGINEERING

RoBoSculpt freest schedelbot sneller weg dan een menselijke chirurg. Bovendien wordt hij nooit moe.

Tot 80 000 omwentelingen per minuut | Talloze veiligheidsmaatregelen ingebouwd | Heeft een precisie van veel minder dan een millimeter

H

et zal even wennen zijn: wie over een paar jaar onder het mes moet voor een operatie aan het hoofd, loopt kans dat de chirurg een stapje naar achteren doet. Vervolgens gaat een robot aan de gang met een supersnel draaiend freesje dat bot wegschraapt, slechts millimeters verwijderd van cruciale zenuwen, bloedvaten en hersenweefsel.

En zo’n machine komt eraan. Onlangs promoveerde aan de TU Eind­ hoven dr.ir. Jordan Bos op zijn ontwerp en de bouw van de autonome freesrobot RoBoSculpt. Het apparaat moet chirurgen het zwaarste werk uit handen nemen tijdens operaties waarbij een tumor uit het hoofd wordt weggehaald of een gehoorimplantaat wordt aangebracht.

Google Maps

foto Bart van Overbeeke/TU Eindhoven

Bij zulke operaties is het vaak nodig om een dikke laag schedelbot te verwijderen. ‘De chirurg zit soms wel urenlang in dezelfde houding om handmatig bot weg te frezen’, vertelt Bos. ‘En hij of zij moet dan de hele tijd opletten dat er geen cruciale onderdelen worden geraakt.’

Dat frezen moet zo voorzichtig gebeuren – en dus laagje voor laagje – omdat in en om het bot kritische structuren verstopt zitten, zoals gehoor- en aangezichtszenuwen en bloedvaten. Het grootste voordeel van de robot is dat hij het risico op complicaties door menselijke fouten verkleint; hij wordt bijvoorbeeld niet moe. Ook hoeft de machine minder bot weg te halen dan een chirurg van vlees en bloed, waardoor een operatie sneller is voltooid.

Zoals wij Google Maps gebruiken om onze weg te vinden, navigeert de freesrobot op van tevoren gemaakte CT-beelden van het hoofd van de patiënt. Op deze scans zijn de gebieden te zien waar de frees weg moet blijven. Want hoewel alle mensen in principe dezelfde anatomie hebben, liggen onderdelen op detailniveau bij elke patiënt net even anders.

Om een hoge nauwkeurigheid te krijgen, is de robot stijf geconstrueerd en hebben de onderdelen onderling geen speling. Het hoofd van de patiënt, die onder volledige narcose is, wordt gefixeerd op hetzelfde oppervlak als de robot. Dankzij al deze maatregelen is een precisie mogelijk van veel minder dan een millimeter.

Noodknop Een machine die freest in schedelbot moet natuurlijk extreem veilig werken. Er zijn dan ook talloze lagen aan beveiliging ingebouwd. Om te beginnen zijn er de krachtsensoren, die waarschuwen als bepaalde krachten te hoog worden. Vervolgens zijn er de encoders, die op elke as de hoekverdraaiing meten. ‘Dit zijn absolute encoders, waardoor de machine altijd weet waar hij is, mocht de stroom bijvoorbeeld even zijn uitgevallen’, legt Bos uit. Voor de zekerheid zijn er zelfs twee van die encoders per as. Om de veiligheid te verhogen, wordt er bovendien

gemeten aan het lichaam van de ­patiënt. De ­chirurg brengt elektroden aan in gezichtsspiertjes, die het opmerken als de frees onbedoeld te dicht bij de aangezichtszenuw komt.

Ook in het werkproces zitten stappen ingebouwd om de veiligheid te verhogen. Zo krijgt de chirurg vóór elke taak van de robot ter controle een simulatie te zien van wat die gaat doen. Mocht de chirurg op enig moment twijfelen of de robot nog op de juiste plek bezig is, dan kan hij de robotarm altijd terug laten gaan naar een vast referentiepunt. En uiteraard heeft de robot een noodknop, waar de chirurg op kan drukken mocht er ondanks alle technische veiligheidslagen toch iets mislopen. ‘De robot stopt dan meteen en de chirurg kan de robotarm binnen een seconde wegklappen.’

Eerste operaties De frees kan met maximaal 80 000 omwentelingen per minuut draaien. Nogal logisch dus dat het proces met water moet worden gekoeld, anders zou het bot veel te heet worden en misschien zelfs verbranden. Overigens zullen het precieze toerental en de andere instellingen waarschijnlijk per patiënt gaan verschillen.

‘De hardheid van bot kan van persoon tot ­persoon een beetje anders zijn’, legt Bos uit.

RoBoSculpt is nu een werkend prototype, dat de onderzoekers gebruiken om de mogelijkheden en de beperkingen te bepalen. Later dit jaar wordt de robot voor het eerst getest op menselijk botmateriaal, in het Radboud UMC in Nijmegen.

Tegelijk is Bos binnen het nieuwe bedrijf Eind­ hoven Medical Robotics bezig om de technologie op de markt te zetten. Hij verwacht dat over een jaar of vier de eerste patiënten met de freesrobot worden geopereerd.

En zijn de chirurgen al bang dat ze overbodig worden door de freesrobot? ‘Die reactie heb ik wel van een enkeling gekregen. Maar als ik uitleg dat de machine vooral gaat helpen bij het zware werk, zijn chirurgen vooral enthousiast. Ze ­krijgen er een gereedschap bij.’ juli 2018 | de ingenieur 7 | 13

EXTREME ENGINEERING

Meten op de grens Op de overgang tussen supergeleidend en niet-supergeleidend is zelfs de kleinste temperatuurverandering waar te nemen. Rond dit principe bouwt het Nederlandse ruimteonderzoekscentrum SRON supergevoelige detectoren voor het bestuderen van zowel hete als koude delen van het heelal. tekst ir. Frank Biesboer

D

at een geabsorbeerd foton warmte veroorzaakt, is een van de redenen waarom we zonnebaden zo prettig vinden. Maar in vergelijking met de hoeveelheid licht die ons op het strand bereikt, is de straling waar het Nederlands Instituut voor Ruimteonderzoek SRON detectoren voor bouwt onvergelijkbaar zwakker. ‘Je moet denken aan een paar fotonen per seconde’, zegt onderzoeker dr. Pourya Khosropanah op zijn werkkamer in Utrecht. Hij heeft het dan over een instrument voor het meten van röntgenstraling uit hete delen van het heelal, rond zwarte gaten en van neutronensterren. ‘We moeten niet alleen elk röntgenfoton dat binnenkomt registreren, maar ook de energie ervan heel nauwkeurig bepalen.’ Dat is nodig voor de ruimtetelescoop ATHENA van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, met een geplande lancering rond 2028.

absorbeert, warmt een beetje op. Die warmte wordt vervolgens doorgegeven aan een meetplaatje, dat daardoor een andere weerstand krijgt.

Het meten van de stroom die erdoor loopt, is dan voldoende om te weten welke energie het foton had. ‘Maar dat moet wel met een nauwkeurigheid van enkele keV op een röntgenenergie van 6 tot 7 keV.’ Om dat voor elkaar te krijgen, wordt de detector gekoeld tot minder dan 0,1 Kelvin (K). Die extreme koeling is zowel nodig om temperatuureffecten van de detector te minimaliseren, als voor supergeleiding: het titanium-goud bimetaal waarvan het meetplaatje is gemaakt, heeft vlak bij het absolute nulpunt (0 K) een weerstand van 0 Ohm. Vervolgens wordt gebruikgemaakt van het effect dat een beetje opwarming die supergeleiding kan opheffen: rond 0,1 K zit de overgang van supergeleidend naar niet supergeleidend, oftewel van een weerstand van 0 Ohm naar een paar tiende Ohm. Door te zorgen dat het meetplaatje

illustratie SRON

illustratie JAXA

Het basisprincipe van de detector is betrekkelijk rechttoe, rechtaan: het materiaal dat het foton

Twee varianten van de gevoelige temperatuur­sensor waar SRON aan werkt.

Links een micro­scoopopname van een detector voor röntgen­straling, rechts een detector voor infrarood­straling, opge­ hangen aan dunne draden.

Ruimtetelescoop ATHENA (lancering rond 2028) gaat speuren naar röntgenstraling vanuit de hete delen van het heelal.

14 | de ingenieur 7 | juli 2018

Aan boord van de SPICA-ruimtetelescoop (geplande lancering in 2030) komt het SAFARI-instrument dat infrarode straling uit de koudste delen van het heelal gaat meten.

EXTREME ENGINEERING

EXTREEM

foto’s Marcel Ridder en Kenichiro Nagayoshi/SRON

GEVOELIG

precies op die overgang zit van supergeleidend naar niet-supergeleidend, leidt opwarming met een fractie van een duizendste K al tot de grootste mogelijke toename van de weerstand.

Zoals gezegd moet van elk röntgenfoton ook de energie bekend zijn.

Wil je die nauwkeurig bepalen, dan moet je zorgen dat verschil in energie tussen het ene en het andere foton leidt tot een zo groot mogelijk verschil in opwarming. De warmtecapaciteit van het plaatje dat de fotonen opvangt, moet daarom zo klein mogelijk zijn, zodat een klein beetje warmte leidt tot de grootst mogelijke temperatuurverandering.

Tegelijkertijd moet het plaatje ook weer tijdig afkoelen om het volgende foton dat binnenkomt te registreren – en dat gaat het snelst als een foton het plaatje juist zo weinig mogelijk opwarmt.

Het zijn tegenstrijdige eisen, en Khosropanah heeft alle mogelijke ­configuraties getest om te bepalen welke het optimale resultaat geeft.

Uiteindelijk bleek een fotonvanger van bismut met een dun laagje goud voor de warmtegeleiding de beste optie. Dat maakt vervolgens warmtecontact met het meetplaatje eronder. ‘De test met een röntgenbron wijst uit dat we een nauwkeurigheid van 3,9 keV hebben gehaald bij een straling van 6 keV. Daarmee zijn we in Europa koploper, maar niet de beste van de wereld. De recordhouders halen 2,5 keV, dus er is nog werk te doen.’

Lang zoeken Het principe van een detector die werkt in het overgangsgebied van supergeleidend naar niet-supergeleidend gebruikt SRON ook bij een ander project: de detectoren van het SAFARI-instrument, onderdeel van de in 2030 te lanceren ruimtetelescoop SPICA. ESA en de Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA willen met SAFARI de infraroodstraling bestuderen van sterrenstelsels in verre, koude delen van het heelal.

‘Die straling kun je vergelijken met de hoeveelheid licht van een

lampje op de maan dat je op aarde waarneemt met een lens van enkele meters in doorsnede.’

Dat heeft de nodige consequenties voor de opbouw van de detector. Omdat je met de minste hoeveelheid straling het grootst mogelijke temperatuureffect wilt bereiken, is het vooral belangrijk het meetplaatje thermisch goed te isoleren van de rest van het meetinstrument.

Ook hiervoor was het een kwestie van lang zoeken naar de optimale configuratie, waarbij het voordeel van infraroodstraling is dat die, anders dan de röntgenstraling, met een optisch systeem goed is te focusseren. Daarom kan worden volstaan met een plaatje van tantaal (200 bij 200 µm), dat de infrarode straling opvangt en daardoor ietsje opwarmt. Hierop zit dan het meetplaatje van niet meer dan 50 bij 50 µm. Voor de thermische isolatie is dat geheel opgehangen aan vier ragfijne, isolerende siliciumnitridedraadjes van 0,25 µm dik en circa 0,4 mm lang. ‘We zijn zo in staat een stralings­intensiteit van 10-15 W te meten met een signaal-­ruisverhouding van 10-19. En dat is een wereldprestatie.’

Meet afzonderlijke röntgenfotonen | Gevoelig voor veranderingen van duizendste Kelvins | Ziet de hoeveelheid licht van een lampje op de maan

juli 2018 | de ingenieur 7 | 15

EXTREME ENGINEERING

EXTREEM HARDE KLAPPEN

Stille kracht Zijn klappen hebben vijf keer meer energie dan de zwaarste hei-installatie op land en toch produceert hij honderd keer minder lawaai. Het geheim? Offshorebedrijf Fistuca gebruikt neervallend water om de funderingen van windturbines te heien. tekst ir. Jeroen Akkermans

Het ‘ding’ waar hij het over heeft, is een 30 m hoog, cilindrisch vat met een diameter van 10 m.

Deze lente stond dat op de Tweede Maasvlakte, half gevuld met water, proef te draaien bovenop een funderingspaal. Die kreeg optater na optater doordat de 1700 ton zware watermassa door gasontbrandingen omhoog het vat in werd geslingerd en weer naar beneden viel.

Dat levert twee klappen per ‘explosie’ op: eentje als de water­kolom omhoog gaat – vergelijkbaar met de terugslag van een geweer – en eentje als hij weer tegen de bodem van het vat slaat. ‘Al met al goed voor meer dan 25 MJ aan slagenergie’, zegt een trotse Winkes.

Toch was het op de Tweede Maasvlakte een stuk stiller dan het geval was geweest als er op de traditionele manier was geheid. ‘Staal op staal levert veel meer lawaai op’, vertelt Winkes, die tijdens de tests zonder gehoorbescherming naast de

Cilinder gevuld met water weegt 2400 ton | Klap heeft vijf keer meer energie dan de zwaarste ­heiinstallatie | Maakt veel minder lawaai dan traditionele heimachine

16 | de ingenieur 7 | juli 2018

installatie stond. ‘Wij zitten er qua geluidsenergie een factor honderd onder, zo blijkt uit de metingen. Dat betaalt zich uit bij heien van windturbinefunderingen op zee. Je verstoort het ­zeeleven niet, waardoor je het hele jaar aan de slag kunt. Wil je dat met traditioneel heien doen, dan moet je peperdure installaties gebruiken om het geluid te smoren met luchtbellen.’

Perfect positioneren Bij de succesvol verlopen test op de Maasvlakte werd het aantal decibellen in de lucht gemeten. De vraag is nu of het geluid zich ook onder water naar behoren gedraagt. De test die dát moet uitwijzen, start eind deze zomer op de Noordzee, in samenwerking met Carbon Trust Offshore Wind Accelerator, een consortium van energiebedrijven als E.ON, EnBW, Ørsted (voorheen Dong Energy) en Equinor.

De complete installatie die nu op de Maasvlakte staat, wordt dan met een installatieschip van Van Oord naar de proeflocatie gesleept. ­Terwijl TNO geluidsmetingen doet, moet het huzarenstuk worden ­volbracht: de plaatsing van het 640 ton zware vat bovenop een 60 m lange, holle, stalen funderingspaal, waarna het gecontroleerd wordt volgepompt met water. ‘Dat gaat in etappes’, zegt Winkes. Een secuur werkje, want: ‘De paal moet goed recht staan als je met dergelijke ­massa’s klappen gaat geven.’

De strategie is deze: ‘Terwijl we water het vat in pompen, beginnen we met heien. De funderingspaal gaat dan al de grond in, waarbij een ­g ripper, een soort ring met rollers, ervoor zorgt dat de paal recht blijft staan. We meten dat ook voortdurend. Op het moment dat het vat is gevuld met water, zit de funderingspaal al grotendeels in de grond.

Eigenlijk is het perfect positioneren van de 2400 ton die bovenop de paal komt te staan de enige echte uitdaging waar we voor staan.’

Langere levensduur Dit najaar moet ook blijken wat het extreme watergeweld doet met de levensduur van de funderingspalen. Dit heeft alles te maken met het ‘uitsmeren’ van de waterklap in de tijd: het water komt immers niet in een keer neer, zoals bij een valblok. De kracht op een paal bouwt zich

foto Fistuca

L

eeg weegt ie 640 ton, gevuld met water een slordige 2400 ton. Ir. Jasper Winkes, directeur van offshorebedrijf Fistuca, is de eerste om het toe te geven: ‘Het is een groot, lomp ding.’

EXTREME ENGINEERING

Tijdens een test op de Tweede Maasvlakte liet offshorebedrijf Fistuca een met water gevulde, 30 m hoge cilinder neerkomen op een funderingspaal.

langzamer op en werkt een factor tien tot twintig langer. Daardoor zijn er veel minder slagen nodig om een heipaal de grond in te krijgen, ­vertelt Winkes. ‘Dankzij de langere slagduur gaat de paal per slag­ cyclus dieper de grond in.’

Minder klappen incasseren betekent dat de paal minder krijgt te ­verduren. Daar komt het ontbreken van de snelle afwisseling van druk- en trekspanningen in de paal bij – eveneens een gevolg van het uit­smeren van de klap in de tijd. ‘Je kunt de heipalen hierop ontwerpen en lichter maken. Er is immers minder materiaal nodig vanwege de kleinere belasting.’

Om dit alles te bewijzen, wordt de funderingspaal volgehangen met sensoren om de versnellingen en de trek- en drukspanningen in de ­funderingspaal te meten. ‘Die gegevens vergelijken we met data van

een paal die met traditioneel heien de grond in is gewerkt. Daaruit ­volgen voorspellingen over de levensduur en het ­b e­­nodigde materiaal.’

En als dat allemaal gelukt is, wat dan? ‘Dan ­zetten we hem in de verhuur’, zegt Winkes ­opgewekt. ‘Hopelijk vanaf begin 2019.’

Mogelijk slaan huurders op termijn niet alleen palen voor windturbines de zeebodem in, maar ook grote betonnen monopalen voor civiele ­werken. Heien met water laat die namelijk heel, in tegenstelling tot hei­hamers. ‘En onze techniek laat zich gemakkelijk opschalen, dus de sky is the limit.’ juli 2018 | de ingenieur 7 | 17

EXTREME ENGINEERING

EXTREEMIG

NAUWKE

UR

Knutselen met koolstof

Zie maar eens twee elektroden aan elkaar te binden met een draadje dat niet meer dan een nanometer dik is. Groningse onderzoekers is het gelukt.

Daarmee komt een nuttige toepassing van koolstofnanobuisjes eindelijk in zicht. tekst Marc Seijlhouwer MSc

Maar helaas, de praktijk bleek weerbarstig. Niet elk nanobuisje was geschikt voor elektronica: de halfgeleidende nanobuisjes wel, de metallische niet. En het sorteren van de minuscule rolletjes was een helse klus.

Tot dr. Maria Antoinetta Loi ten tonele verscheen. In Groningen vond zij een manier om de twee soorten nanobuisjes van elkaar te scheiden door een polymeer toe te voegen: een lange keten van repeterende moleculen die zich alleen om de halfgeleidende buisjes wikkelt. ‘We proberen nog te begrijpen waarom het precies werkt. Dat ligt aan een heleboel verschillende dingen. Maar het werkt wel.’

Vervolgens lukt het ook nog om één buisje tussen twee elektroden te plaatsen; een van de dunste verbindingen die er maar zijn. En hoe ­dunner de verbinding, hoe meer plek er over is voor transistoren – en hoe meer rekenkracht je dus op een klein oppervlak kunt persen.

Waterige inkt Loi laat in haar lab aan de Rijksuniversiteit Groningen zien hoe de nanobuisjes worden gescheiden. Grijszwart poeder – de koolstofnanobuisjes – wordt opgelost in een oplosmiddel. Vervolgens gaat het polymeer erbij en wordt het geheel hard geschud. Met tienduizenden ­rotaties per minuut zorgt een centrifuge ervoor dat de halfgeleidende buisjes met een polymeer eromheen zich scheiden van de zwaardere metallische buisjes, die samenklonteren.

Na het centrifugeren moet Loi hopen dat het goed is gegaan. De nanobuisjes laten zich immers moeilijk in kaart brengen; voor het blote oog 18 | de ingenieur 7 | juli 2018

lijkt de nanobuisjesvloeistof na scheiden eerder op waterige inkt dan op een hightech materiaal voor elektronica.

En dat is pas de eerste stap van het proces. Als je de buisjes eenmaal hebt, moet je er ook nog één kunnen ‘pakken’ en netjes kunnen neer­ leggen tussen twee elektroden. Althans, dat zou je denken. Maar ook hier bieden polymeren ­uitkomst: dezelfde ketens die de nanobuisjes netjes scheiden, bevatten moleculen die zich automatisch aan de elektroden hechten.

Als je alles heel precies voorbereid, leggen de nanobuisjes zichzelf netjes op de juiste plek neer op het moment dat ze op een chip terechtkomen.

Zo lukte het Loi om een transistor van één ­nanobuisje dik te maken. Dat is aanzienlijk ­dunner dan wat er nu mogelijk is met siliciumtechnologie, de dominante techniek voor chips.

Elektronisch papier Desondanks zal het koolstofnanobuisje het niet snel overnemen van silicium. ‘Silicium is goed­ koper en efficiënter voor bijna alle toepassingen.

Bovendien is de chipwereld opgezet rond silicium; dat verander je niet snel’, zegt Loi. Toch ziet ze mogelijkheden. ‘Chips met nanobuisjes zijn robuuster dan chips met silicium. Ze kunnen temperaturen tot 400 graden Celsius aan. En ze zijn buigzaam.’ Voor flexibele elektronica, zoals het ‘elektronische papier’ waar al jaren over wordt gefantaseerd, zijn nanobuisjes dan ook perfect.

illustratie Rijksuniversiteit Groningen

V

oordat grafeen werd uitgeroepen tot wondermateriaal, ­maakten koolstofnanobuisjes de blits: opgerolde velletjes van grafeen, niet meer dan een nanometer breed. Toepassingen als flexibele elektronica en een nog grotere hoeveelheid transistors op een chip leken mogelijk dankzij de buisjes, omdat ze goed geleiden en toch buigzaam zijn.

EXTREME ENGINEERING

Transistor van één nanobuisje dik | Dunste verbinding tussen elektroden | Chips werken ook bij hoge temperaturen

Koolstofnanobuisjes (zwart) kunnen fungeren als een brug tussen twee elektroden.

Afgewezen Loi heeft ook wel gedacht over het opzetten van een spin-off voor haar onderzoek. ‘Maar ik wil het niet alleen doen; dat wordt te druk. Dus ik probeer een promovendus te vinden die met me wil samenwerken. Wie weet zijn de nanobuisjes in de ­toekomst wel te koop’, zegt ze hoopvol. Het zou dan gaan om de ‘nanoinkt’: de halfgeleidende buisjes in de vloeistof. ‘Die kunnen in een printer.’

Toen Loi acht jaar geleden met haar onderzoek begon, was de hype rond de koolstofnanobuisjes al over zijn hoogtepunt heen; men dacht dat ze niet aan de verwachtingen voldeden. ‘Mijn eerste onderzoeksvoorstel werd afgewezen. Ze dachten dat ik gek was. Maar ik zette door – en nu is het toch gelukt om de buisjes bruikbaar te maken voor elektronica.’ juli 2018 | de ingenieur 7 | 19

EXTREME ENGINEERING

EXTREEMD UITDAGEN

Standvastig en flexibel

De nieuwe terminal voor Mexico Airport wordt neergezet op grond die verzakt, wat de bouw al moeilijk genoeg maakt. En dan moet hij ook nog eens de hoogste duurzaamheidscore in de wacht slepen én makkelijk aan te passen zijn aan veranderende omstandigheden en regels. tekst Marc Seijlhouwer MSc

‘M

oet je kijken naar dit monument in Mexico Stad’, zegt ir. Kjell Kloosterziel van NACO, onderdeel van Royal ­HaskoningDHV. Hij laat twee foto’s zien, ge­­nomen met honderd jaar ertussen. Op de eerste foto ligt het monument op grondniveau. Op de tweede gaat er een fikse trap naartoe.

‘Zoveel verzakking is er in die stad. Het monument heeft een goed ­fundament, de omringende straat niet. Dan gebeurt dit.’

Precies dat soort verzakking kan optreden bij de nieuwe terminal van Mexico Stad. Dat komt door de grond onder de stad; Mexico Stad ligt voor het grootste deel in een drooggevallen meer. De bodem is daardoor zachte, vochtige klei. ‘Net als in Nederland, maar in ons land zit relatief ondiep een draagkrachtige laag. Daarom werkt heien hier. In Mexico ligt de draagkrachtige laag veel dieper en is heien dus niet te doen.’

Toch is er een fundering nodig voor een terminal van 555 000 m2. En vergeet de landingsbanen niet. Al dat asfalt weegt ook behoorlijk wat en moet goed genoeg gefundeerd zijn om de grote impact van de landende vliegtuigen op te vangen. De gekozen oplossing: een soort ‘vlot’

20 | de ingenieur 7 | juli 2018

met verankerende heipalen dat in zijn geheel meebeweegt met het grondniveau. Verder moet de terminal zo duurzaam mogelijk zijn, zoals het een modern gebouw betaamt.

Kloosterziel overziet dit alles als projectdirecteur.

‘De innovaties van de afgelopen jaren komen terecht in deze terminal. Mede daardoor halen we de LEED platinum rating, het hoogst haalbare certificaat voor duurzaamheid.’

Vulkanisch gesteente Een van die innovaties is de dakoverspanning, die bestaat uit een stalen vakwerkconstructie. Die is licht zonder aan draagkracht in te boeten. Daardoor verwelkomen enorme vertrek- en aankomsthallen van 100 tot 120 m breed straks de bezoekers van Mexico Airport. ‘En ventilatie­gaten in die overspanning zorgen voor passieve koeling,

illustratie Foster + Partner

EXTREME ENGINEERING

Mexico Airport krijgt een nieuwe terminal die er niet alleen futuristisch uitziet, maar ook de hoogst mogelijke duurzaamheidsscore krijgt.

zodat je minder milieuvervuilende airco nodig hebt.’ ­Daarnaast werkt de aannemer zoveel mogelijk met lokale producten. Zo wordt bijvoorbeeld zogenoemd tezontle, een vulkanisch gesteente uit de buurt, gebruikt tijdens de bouw. Dat scheelt in transportkosten en CO2-­ uitstoot.

Om snel op te schieten, wordt er al gebouwd ­terwijl Kloosterziel en ­collega’s nog details van het ontwerp uitwerken. ‘De organisatie in Mexico hoopt dat dit jaar al de eerste ceremoniële vlucht op het nieuwe vliegveld landt. Een paar jaar later moet alles af zijn’.

Terminal en landingsbanen op ­verzakkende grond | Hoogst haalbare duurzaamheidsscore | Grote, open hallen zonder steunpilaren

Grote, open ruimtes

‘Dat moet bij Mexico Airport ook zo zijn. De grote, open ruimtes helpen daarbij. Als de Amerikaanse regering dan bijvoorbeeld speciale douaneruimtes eist, kun je die redelijk eenvoudig inbouwen.’

De keuze voor grote hallen en het moderne ontwerp geeft extra vrijheid bij het indelen. ‘Veranderende regels of eisen van organisaties of landen vragen dat een vliegveld zich snel aan deze ontwikkelingen moet kunnen aanpassen’, vertelt Kloosterziel. Schiphol werd bijvoorbeeld voor veel minder bezoekers gebouwd dan de luchthaven de afgelopen jaren verwerkt. En hoewel het nu te druk is bij de beveiliging, kon het vliegveld de grote bezoekersaantallen toch jarenlang aan.

Het extreme van het vliegveld zit hem in de combinatie van de moeilijke bouwomstandigheden, de afmetingen en een ongekend strenge duurzaamheidseis. De individuele technieken zijn al eerder toegepast – maar niet bij een reuzenterminal op de bodem van een drooggevallen meer. juli 2018 | de ingenieur 7 | 21

EXTREME ENGINEERING

Bombardement van deeltjes Kernfusiereactor ITER kan alleen een succes worden als de afvoergoot van wolfraam het voor langere tijd houdt. Onderzoeksinstituut DIFFER heeft nu een klein stukje daarvan aan een extreem agressieve duurtest onderworpen, met ontelbare plasmadeeltjes en een gigantische warmtestroom. tekst ir. Jim Heirbaut

O

f kernfusiereactor ITER over een jaar of zeven gaat werken, hangt voor een deel af van het werk van het Eindhovense energieonderzoeksinstituut DIFFER. Daar testen onderzoekers namelijk een cruciaal onderdeel van de donutvormige reactor die momenteel in Zuid-Frankrijk wordt gebouwd: de afvoergoot.

Magnum-PSI is de enige opstelling ter wereld die de extreme omstandigheden in ITER evenaart en dus de enige plek waar is te testen hoe de materialen voor de divertor zich straks zullen houden. Slijten ze snel onder het plasmabombardement? Verandert de microstructuur van het wolfraam en wordt het bros? Of nestelt zich brandstof zich tussen de wolfraamatomen? Dat wil je ruim voordat ITER rond 2025 gaat draaien onderzoeken. Want als pas in de praktijk blijkt dat de afvoergoot te snel slijt, moet ITER veel te vaak worden stilgelegd.

ITER moet de eerste kernfusiereactor worden die minstens evenveel energie oplevert als erin wordt gestopt. Alles is gericht op het laten fuseren van deuterium en tritium (twee isotopen van waterstof) tot helium, een proces waarbij veel energie vrijkomt. Maar om die twee soorten deeltjes te laten botsen, is een extreem hoge temperatuur nodig van 150 miljoen °C. Daardoor ontstaat in de reactor een plasma: een ultraheet, geïoniseerd gas.

Geen scheuren

De testopstelling Magnum-PSI van DIFFER. Sinds vorig jaar bevat de cilinder een supergeleidende magneet die plasma urenlang in bedwang kan houden.

22 | de ingenieur 7 | juli 2018

De definitieve analyse van het geteste materiaal laat nog even op zich wachten, maar op het eerste gezicht was geen grote schade te zien,

foto De Ingenieur

Om het plasma op temperatuur te houden, moet je de heliumionen die vrijkomen bij het fusieproces continu afvoeren. Daarvoor hebben ingenieurs voor onder in de reactor de divertor ontworpen, een afvoergoot van wolfraam. Hier verlaten de ionen het plasma en botsen ze op dat metaal. Maar hoe gaat die afvoergoot van wolfraam zich houden onder deze extreme omstandigheden? Om dat te onderzoeken, hebben ingenieurs van DIFFER de proefopstelling Magnum-PSI gebouwd, waarin een materiaaloppervlak is te bestoken met agressief, energierijk plasma.

In een recordduurtest dit voorjaar kreeg een nagemaakt stukje divertor, die in ITER helemaal rondloopt urenlang een bombardement van plasma te verduren; een combinatie van hitte en geïoniseerde deeltjes.

De onderzoekers schoven een watergekoelde, koperen buis Magnum-­ PSI in, met daarop zeven blokjes wolfraam. Dat metaal kreeg in achttien uur evenveel deeltjesinslagen te verwerken als gedurende een jaar in een werkende ITER-reactor.

foto ITER

EXTREME ENGINEERING

EXTREME HITTE

Een segment van de afvoergoot van fusiereactor ITER, die in de reactor zelf helemaal rondloopt.

De donkergrijze, kromme vlakken bevatten blokjes wolfraam.

zoals scheuren, gesmolten materiaal of hevige erosie. Dat is al best knap, aangezien het oppervlak te maken kreeg met een temperatuur van 1200 °C, terwijl er elke seconde 1025 deeltjes per m2 op het wolfraam insloegen. Deze deeltjesstroom bracht ook meer dan 10 MW/m2 aan hitte met zich mee, te vergelijken met het binnenste van een ­lasvlam of de hitte die ontstaat op het schild van een ruimteschip dat terugkeert in de atmosfeer.

Supergeleidende magneet Maar hoe werkt Magnum-PSI? Het eerste dat opvalt bij het binnen­ lopen van de ruimte zijn de 5 cm dikke wanden van staal die de 15 m lange opstelling bijna helemaal omhullen. Deze wanden zorgen dat het sterke magneetveld dat de opstelling genereert niet buiten de ­experimenteerhal komt. Om een vacuüm te creëren, zitten er verder enorme pompen op Magnum­-PSI. ‘Die zijn zo groot omdat we enerzijds een vacuüm nodig hebben, terwijl we er anderzijds toch veel deeltjes in brengen, namelijk van het plasma om het wolfraam mee te bestoken’, vertelt projectleider dr.ing. Hans van Eck. Het plasma wordt gemaakt met een cascadeboog, een constructie waarbij een hoge spanning over twee elektroden wordt gezet in de aanwezigheid van het te ioniseren gas. Na een elektrische doorslag is een klein deel van het gas (10 %) een plasma geworden. Door een slimme constructie wordt het overige gas afgevoerd, zodat op het te testen oppervlak alleen plasma terechtkomt. De gebruikers kunnen kiezen van welk gas ze plasma willen maken: argon, neon, helium of waterstof. ‘Deuterium kan ook, maar dat kost 18 000 euro per fles, dus we doen veel experimenten met waterstof’, zegt Van Eck. Magnum-PSI kon al een paar jaar de omstandigheden in ITER nabootsten, maar slechts in pulsen van 10 s. Daarna waren de koperen elek-

tromagneten die werden gebruikt om het opgewekte plasma te bundelen te heet geworden en moesten ze een kwartier afkoelen. In 2017 verving DIFFER die echter door een supergeleidende magneet die probleemloos urenlang aan kan staan om het plasma in bedwang houden.

Nu de eerste echte duurtest van wolfraam onder ITER-omstandigheden erop zit, is de belangrijke volgende stap de analyse van het wolfraamoppervlak. Tegelijk gaan in Magnum­PSI weer nieuwe tests lopen, bijvoorbeeld om te kijken hoe het divertormateriaal reageert op de energierijke uitbarstingen van het plasma die af en toe voorkomen. Daarbij schiet de hittebelasting gedurende enkele milliseconden omhoog van 10 MW/m2 naar 1 GW/m2. ‘Dan zullen we pas echt de limieten van het wolfraam leren kennen’, zegt Van Eck. Dat zou zelfs kunnen betekenen dat ITER met andere parameters moet gaan draaien dan nu het plan is, om de levensduur van de afvoergoot te verlengen. Maar hoe het ook zij, zonder de Nederlandse testfaciliteit Magnum-PSI geen succes voor ITER.

Evenaart inslag van een jaar fusie­reactor | 1025 deeltjes per m2 per seconde | Zo heet als het binnenste van een lasvlam

juli 2018 | de ingenieur 7 | 23

EXTREME ENGINEERING

EXTREEM PRECIES

Elke trilling telt Om zwarte gaten te ‘horen’, moet je stil zijn. Méér dan muisstil.

In het lege en dorre binnenland van de Amerikaanse staat Washington bundelen ingenieurs en wetenschappers hun ­krachten om zwaartekrachtgolven te meten met de grootste en gevoeligste interferometer tot nu toe. tekst Roel van der Heijden MSc

D

e schaal van dit experiment is bijna niet te bevatten. Het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in Hanford, Washington, is een optische tafel van ­formaat: een voettocht van rand naar rand duurt bijna een uur. De twee ‘eindstations’ zijn op een afstand van 4 km van het hoofdgebouw slechts schimmen aan de horizon. Van deze eindstations naar het hoofdgebouw lopen kaarsrechte betonnen pijpen over de droge steppe.

foto Caltech/MIT/LIGO Lab

Het L-vormige gevaarte is in staat om minuscule trillingen in de ruimtetijd te detecteren, die Albert Einstein ruim honderd jaar geleden al voorspelde. Hij stelde toen dat zware objecten de ruimtetijd niet alleen vervormen, maar ook zogenoemde zwaartekrachtgolven kunnen produceren. Deze reizen met de lichtsnelheid door het universum, als een rimpeling op de kosmische vijver.

Ziet lengteverschil kleiner dan de dikte van een haar op 4,2 lichtjaar afstand | Vier slingers dempen trillingen | Spiegels van 40 kg hangen aan draden van 0,4 mm

Voor lichte objecten zijn de golven praktisch onmeetbaar, maar in de loop van de vorige eeuw werd duidelijk dat het misschien wel mogelijk was om golven van samensmeltende zwarte gaten en neutronensterren te meten. Hiermee kunnen astronomen op een fundamenteel andere manier informatie over dit soort exotische objecten inwinnen. Alsof ze opeens niet alleen naar de kosmos kunnen kijken, maar er ook naar kunnen luisteren.

Haar op 4 lichtjaar afstand LIGO is in feite een enorme Michelson-interferometer. Een extreem stabiele infraroodlaser van 70 W schiet een bundel op een splitser. De twee bundels die zo ontstaan, gaan vervolgens elk een van de loodrecht op elkaar staande armen van de detector in richting eindstation. Daar hangt een spiegel die het licht terugstuurt naar het hoofd­ gebouw, waar het andermaal de arm in wordt gekaatst. Dit gepingpong met licht gebeurt

De vacuüminstallatie van LIGO. De vacuüm­kamer van de zwaartekrachtgolvendetector is met een volume van 10 000 m3 een van de grootste ter wereld.

24 | de ingenieur 7 | juli 2018

EXTREME ENGINEERING

foto Caltech/MIT/LIGO Lab

Het ophangsysteem van de 40 kg zware LIGOspiegel moet trillingen zo veel mogelijk dempen.

Er is alleen een groot probleem: de talloze storingsbronnen die de benodigde precisie van de detector in de weg staan. De natuurlijke trilling van het aardoppervlak bijvoorbeeld; die is al een miljard keer groter dan de veronderstelde zwaartekrachtgolven. De enorme uitdaging van LIGO was daardoor niet zozeer het bouwen van de detector, als wel het elimineren van alle storende invloeden, hoe pietluttig ze ook lijken.

Voorbijrijdend verkeer Dr. Mike Landry, directeur van LIGO Hanford, laat de ongewenste trillingsbronnen op het scherm in zijn kantoor zien. Een wirwar aan gekleurde grafieklijnen geeft de invloeden van verschillende ruisbronnen bij bepaalde frequenties aan. Van golven die tegen de westkust van de VS aanslaan (ruim 350 km verderop) tot voorbijrijdende vrachtverkeer. En van resonanties in de laser (die de centimeters brede bundel niet helemaal homogeen maken) tot de gestage opbouw van een statische lading die de hangende spiegel een beetje uit het lood duwen.

Pas na het elimineren van dit soort storingsbronnen zijn rimpelingen in de ruimtetijd hoorbaar.

Dat lukte voor het eerst in 2015, samen met de zusterdetector bij Livingston, in Louisiana, zo’n 3000 km verderop. Maar de ingenieurs willen meer: een nóg gevoeligere detector om een groter gebied in het universum te onderzoeken.

Slingeren gemiddeld zo’n driehonderd keer, waardoor de effectieve lengte van de LIGO-armen 1100 km is. Daarna wordt het licht uit de twee armen gecombineerd.

Door destructieve interferentie doven bundels elkaar precies uit, althans: tot het moment dat er een zwaartekrachtgolf passeert. Die zorgt ervoor dat de ene arm 10-19 m korter wordt en de andere een zelfde beetje langer. Het gevolg is dat de beide lichtpaden niet meer even lang zijn, wat de ultragevoelige interferentie verstoort. Licht­ detectors pikken dat meteen op.

Het blijft een vergelijking die iedere menselijke verbeelding te boven gaat: LIGO neemt op die manier lengteverschillen waar die kleiner zijn dan de dikte van een haar – als die haar zich bevindt op dezelfde afstand als de ster Proxima Centauri, hier 4,2 lichtjaar vandaan.

Een van de kunststukjes die dat mogelijk maakt, is de ophanging van de 40 kg zware spiegels waartussen het licht in de armen van LIGO heen en weer kaatst. De silica spiegels met een ultra­ reflecterende coating hangen in een ingenieus actief en passief dempingssysteem.

Het passieve deel is een vierdubbele slinger. Een slinger dempt trillingen die sneller zijn dan zijn natuurlijke frequentie. Hoe verder boven de ­resonantie, des te efficiënter de demping. En als je aan die slinger een tweede slinger hangt, wordt de demping nóg efficiënter. ‘Eigenlijk geldt: hoe meer slingers, des te beter de demping’, zegt ­ dr. Jeff Kissel, Control Engineer van LIGO. ‘Helaas komen we door ruimtegebrek niet verder dan vier slingers, waarvan de onderste en langste juli 2018 | de ingenieur 7 | 25

foto Umptanum/CC BY-SA 3.0

EXTREME ENGINEERING

Een van de armen van de zwaartekrachtgolvendetector LIGO bij Hanford, in de Amerikaanse staat Washington.

slinger ongeveer 1 m lang is. De draden zijn slechts 0,4 mm dik en ook gemaakt van silica, om de thermische ruis van het systeem te minimaliseren. Het ligt dan voor de hand om die ruis te onderdrukken door de temperatuur te verlagen, maar helaas verslechtert dat de optische kwaliteit van het silica.’

Het complex van slingers is zo’n 3 m hoog en hangt op zijn beurt aan een metalen stellage met een hydraulische, actieve demping. Tot slot heeft de slinger zelf ook nog een actieve demping. Via subtiele elektrostatische krachten op een tweede slinger, direct achter de primaire slinger, worden ongewenste bewegingen tegengewerkt.

De ultrastabiele laser, de ophanging van de spiegels, de coating van de spiegels: in veel facetten van deze enorme machine zoeken technici de grenzen op van wat mogelijk is. En alsof dat nog niet moeilijk genoeg is, staat het geheel in een van de grootste vacuümkamers van de wereld (10 000 m3); alleen de tunnel van CERNs deeltjesversneller LHC heeft een nog groter volume. Het vacuüm voorkomt dat tegen de spiegels botsende moleculen de metingen verstoren. Ook zou de aanwezige lucht en het stof daarin ongewenste interferentiepatronen in de l­ aserbundels produceren.

Maximale gevoeligheid De bouw van LIGO begon in 1994, de eerste meetcampagne volgde in 2002. Toch zijn er nog steeds onbekende ruisbronnen. Er is een verschil tussen de theoretische ruisniveaus en wat de machine daad­ werkelijk meet. In een poging dat verschil weg te werken, is LIGO nu bijna een jaar offline. In die tijd zijn er schotten geïnstalleerd die strooilicht in de detector tegengaan, spiegels vervangen door exemplaren met een andere coating, en nieuwe optische dempers geïnstalleerd die de laserstraal nog uniformer maken. ‘LIGO doorloopt continu dit soort upgrades, want we zitten steeds nog niet op de beoogde 26 | de ingenieur 7 | juli 2018

gevoeligheid’, zegt Landry. ‘Soms verdwijnt de ruis door een ingreep, andere keren hebben we minder succes. Heel af en toe creëren we zelfs nieuwe ruis.’

Tot het einde van dit jaar is men bezig om de systemen weer online te krijgen. Daarna gaat LIGO weer een jaar lang luisteren naar zwarte gaten en neutronensterren.

Naar verwachting haalt de detector rond 2021 de ontwerpgevoeligheid. Hij ‘hoort’ dan neutronensterren samensmelten tot een afstand van maximaal 640 miljoen lichtjaar. Als wetenschappers een nog groter gebied willen beluisteren, of zwakkere verschijnselen willen waarnemen, dan zullen ze een nieuwe detector moeten bouwen; een grotere, een ultragekoelde, of een detector in de ruimte. LIGO botst dan op allerlei fronten tegen de fundamentele grenzen van de natuur aan. In het lage frequentiebereik zijn dat vooral seismische trillingen van de aarde, in het middenbereik de bewegingen van de moleculen in de detector, en bij de hoge frequenties quantumfluctuaties in de laser. Hoe goed de ingenieurs van LIGO ook zijn, daar valt simpelweg niet meer omheen te engineeren. | Dit artikel is tot stand gekomen met steun van het VWN Tripfonds onder beheer van de ­Vereniging voor Wetenschapsjournalistiek en -communicatie Nederland.

SCHAAMTE

E

MÖRING

en paar jaar geleden stond ik te tanken bij een pomp in het oosten van het land, aan de andere kant van de pomp een man die hetzelfde deed.

Wij knikten elkaar toe met de vage grijns van men­ sen die iets nutteloos aan het doen zijn, in dit geval: een vulpistool vasthouden en wachten tot de tank is gevuld. Terwijl ik daar stond, herinnerde ik me dat je de hendel vroeger vast kon zetten. Dan kon je je armen over elkaar slaan en, tegen de wagen geleund, veelbetekenend in de verte staren. Tot ver in de jaren negentig hadden ze bij Shell Schiphol zelfs nog pompbedienden die je wagen bijtank­ ten en een wisser over de ruiten haalden. Voorbij, voorbij, en het komt nooit meer terug, dacht ik, en terwijl ik mij overgaf aan deze gevoelens van nostalgie hoorde ik de man bij de andere pomp een verschrikte kreet slaken. Toen ik opkeek, had zijn uitdrukking iets schuldbewusts. ‘Ik heb benzine bij de diesel gegooid!’ En onmiddellijk daarna: ‘Dat is me nog nooit gebeurd!’

Voor alles is een eerste keer, maar ik wist wel zeker dat dit mij nooit zou overkomen. tot ik een paar weken geleden, tijdens een bliksembezoekje aan mijn vroegere woonplaats, de wagen volgooide en mij afvroeg waarom de literprijs niet klopte. Ik liet de greep los, keek naar het vulpistool, en voelde mij ineens wat slapjes. ‘Ach, het overkomt ieder­ een, mijnheer’, zei de ANWB-­monteur die wat later met zijn busje aankwam. ‘Jong, oud, hoog, laag. En iedereen schaamt zich.’

Dat is waar. Er was vooral een gevoel van schaamte.

Hoe kon ik zo stom zijn? Waarom greep ik het derde vulpistool in plaats van een van de eerste twee, waar bovendien ook nog een metalen klep over­ heen hangt, zodat niemand zo stom kan zijn om ...

Ik had, wachtend op redding, zelfs nog even gepoogd om mijn fout Freudiaans te duiden, als Fehlleistung. Maar ik kon niet ontdekken wat het onbewuste mij had willen vertellen door deze fout te maken. Behalve dan misschien dat ik net zo’n rund was als alle anderen.

Marcel Möring is schrijver, bekend van romans als In Babylon (1997), Dis (2006), Louteringsberg (2011) en Eden (2017).

Terwijl de monteur de achterbank uit de wagen verwijderde (mijn wagen heeft een beveiliging waardoor de tank niet door de vulopening is leeg te zuigen), beende ik beschaamd heen en weer. Ik kocht een flesje koud water voor de monteur, ving een kind dat wegdribbelde terwijl mamma de auto in de wasstraat schoof, en appte mijn zoon en mijn beste vriend wat er was gebeurd.

Ondertussen probeerde ik ook nog te bedenken hoe je zou kunnen voorkomen dat jong, oud, hoog en laag benzine bij de diesel of andersom gooide.

Vulpistolen met verschillend gevormde monden?

Aardig, maar dan moesten alle tankopeningen wor­ den aangepast. Pratende pompen? ‘U heeft BENZINE gekozen.’ Een sensor in het vulpistool, misschien?

Die zou kunnen ruiken, of zien, wat er in de tank zat.

‘Dit overkomt je in ieder geval niet als je elektrisch rijdt’, verzuchtte ik toen de monteur pauzeerde in de zomerhitte. Dat mocht zo zijn, hielp hij mij uit de droom, maar elektrische wagens of hybrides hadden genoeg, zeg maar rustig: heel veel, andere problemen. De monteur ging weer aan het werk en ik maakte een kort praatje met een vriendin die langskwam om te tanken en mijn falen grijnzend aanschouwde.

De mens is een naakte aap die alleen kan functioneren in een vijandige wereld door de dingen die hij maakt Toen ik eindelijk terugreed naar mijn huis in de bossen, vijf uur later dan gepland en nog steeds geplaagd door vage gevoelens van schaamte en zelf­ beklag, dacht ik aan wat die vriendin had gezegd: dat de techniek toch moest voorkomen dat de mens stom deed? Ja, dacht ik, en mijn gedachten dwaal­ den weer af naar de oplossingen die ik had bedacht: andere vulpistolen, sensoren, noem maar op.

Maar de techniek had mijn fout ook ongedaan gemaakt. Het is menselijk om de schuldvraag te stellen en te concluderen dat het aan de techniek is te wijten als er iets mis is gegaan. Maar technologie is een uitbreiding van ons lichaam. De mens is een naakte aap die alleen kan functioneren in een vij­ andige wereld door de dingen die hij maakt. Als de techniek faalt, zijn wij het die hebben gefaald. Dus als we de techniek een verwijt maken, dan spreken we eigenlijk over de mens. Toen ik thuis parkeerde, was mijn schaamte verdampt, omdat ik wist dat mijn stommiteit eigenlijk een kwestie was van collectief falen. juli 2018 | de ingenieur 7 | 27

BESTURINGSSYSTEEM KIJKT WAAR METROSTELLEN RIJDEN

Volautomatisch van station naar station De bestuurder drukt op de startknop en het besturingssysteem bepaalt hoe snel de metro optrekt en weer afremt als hij de volgende halte nadert. Deze vorm van automatisch rijden is op de Noord/Zuidlijn in principe mogelijk. Toch houdt de mens voorlopig de touwtjes in handen. tekst ir. Frank Biesboer foto’s GÊ Dubbelman/Hollandse Hoogte

28 | de ingenieur 7 | juli 2018

‘W

e kunnen met ons systeem elke 90 seconden een metro laten rijden.’ Op het hoofdkantoor van Alstom-­Nederland in Utrecht willen drs. Ronald Doeleman, ir. Wim van Spronsen en ing. Richard Mooij best een beetje pochen over het beveiligings- en besturingssysteem dat ze voor de nieuwe Noord/Zuidlijn hebben aan­ gelegd. Niet dat Amsterdam de primeur heeft.

‘We hebben het elders in de wereld al in zo’n veertig steden toegepast.’ Maar het moest wel worden toegesneden op de Amsterdamse situatie ‘en dat maakt het toch uniek’.

Dat unieke zit hem niet zozeer in de lengte van de lijn, als wel in de complexiteit: treinstellen kunnen switchen van de ene naar de andere ­tunnelbuis, voertuigen worden gekoppeld en ontkoppeld, bij sommige stations moeten metro­ stellen op elkaar wachten voor overstappende passagiers, onderweg kunnen zware deuren worden neergelaten die dienen als waterkering, en ga zo maar door. ‘Het programma van eisen kun je best uitgebreid noemen.’

NOORD/ZUIDLIJN VAN START Op 22 juli wordt de Amsterdamse Noord/Zuidlijn officieel in ge­ bruik genomen. Het metrotraject van de overkant van het IJ naar de Zuidas heeft een totale lengte van 9,7 km. Het ondergrondse gedeelte van 7,1 km is een combinatie van twee geboorde tunnels (elk ruim 3 km) en diepgelegen stations tot op 26,5 m onder straatniveau. De tunnelbuis gaat onder het Centraal Station door en vlak langs de Beurs van Berlage, de Bijenkorf, Madame ­Tussauds en de Munttoren. Volgens de oorspronkelijke planning had het project in 2008 klaar moeten zijn voor een bedrag van ­ 1,4 miljard euro. Uiteindelijk werd het 2018 voor 3,1 miljard euro.

Communicerende treinen Het systeem dat nu is toegepast, werkt wezenlijk anders dan dat van de bestaande metro in Amsterdam. Dat gaat uit van baanvakken: is een baanvak bezet, dan staat het sein ervoor op rood, is het vrij, dan kan het volgende metrostel erop. Verder is het geheel aan de bestuurder om te bepalen hoe snel de metro optrekt, met welke snelheid hij rijdt en hoe snel hij weer remt bij de volgende halte, om vervolgens de deuren te openen voor het uit- en instappen van de passagiers. De autonomie van de bestuurder is wel aan een grens gebonden: wordt een rood sein genegeerd of over het hoofd gezien, of wordt de maximumsnel-

juli 2018 | de ingenieur 7 | 29

heid overschreden, dan grijpt de automatische treinbeveiliging in.

Het Alstom-systeem gaat uit van de actuele positie van de metrostellen. ‘Ze geven iedere 0,6 s radiografisch hun posities door aan de centrale computer. Die berekent dan de maximale snelheid van het metrostel zodat die op veilige afstand blijft van zijn voorligger.’

Het systeem werkt ook niet met seinen langs de spoorbaan, maar geeft informatie door via het display van de bestuurder. Die ziet dat hij bijvoorbeeld 70 km/h mag rijden. Nadert hij een metro­ stel dat stilstaat, dan gaat die toegestane snelheid gaandeweg omlaag. ‘Het systeem is gebaseerd op communicatie van de treinen met de centrale computer; vandaar de naam Communications­Based Train Control.’

Verder is de rol van de bestuurder veranderd.

Die moet nu niet letten op een rood of groen sein, maar moet zich houden aan de maximale snelheid van dat moment. Doet hij dat niet, dan grijpt het treinbeveilingssysteem in. Maar verder bepaalt de bestuurder nog steeds hoe snel hij optrekt, rijdt en weer afremt.

Niet alles tegelijk Het nieuwe systeem, voor metro’s en lightrail uniek in Nederland, kan ook helemaal zelf tussen

30 | de ingenieur 7 | juli 2018

de stations rijden. De bestuurder doet nog wel de deuren open en dicht, maar drukt hij op de startknop, dan neemt het besturingssysteem de metro volledig over tot hij weer stopt bij de eerstvolgende halte. ‘We kunnen de wijze van rijden verschillende profielen meegeven. Bijvoorbeeld ‘rij zo snel mogelijk maar de volgende halte’. Of ‘rij zo zuinig mogelijk’; dan krijgt het metrostel een minuut extra tijd, zodat het optrekken geleidelijker gaat en het stel niet met maximale snelheid rijdt.’

Toch heeft het Amsterdamse vervoerbedrijf GVB ervoor gekozen het rijden vooral aan de bestuurder over te laten. ‘Bij een storing of calamiteit moet die ook in staat zijn de metro veilig te bedienen.’ Want mocht het op communicatie gebaseerde systeem uitvallen, ook al is het dubbel uitgevoerd, dan is er nog steeds een klassiek baanvaksysteem als terugvaloptie.

Bovendien is het systeem veiligheidstechnisch nog niet klaar voor volledig automatisch rijden. ‘Dat kan alleen als er gegarandeerd niemand op de spoorbaan kan komen, want ons systeem heeft geen obstakeldetectie.’ Dat betekent dat er bijvoorbeeld op de perrons instapdeuren moeten komen. ‘Die gaan open als het metrostel er is, zodat passagiers alleen tussen metro en perron heen en weer kunnen stappen.’ Dergelijke systemen bestaan al elders in de wereld; in Europa onder meer op een metrolijn in Parijs en in het Zwitserse Lausanne.

De Amsterdamse vervoerder wil echter nog niet aan zo’n deuren­ systeem op de perrons. ‘Dat zou weer een forse extra investering betekenen, met alle technische uitdagingen die daar weer aan vast zitten’, aldus Michiel Jonker, woordvoerder van de gemeente. ‘Bovendien: je moet niet alles tegelijk willen. Het nieuwe besturingssysteem, dat straks ook voor de bestaande metrolijnen wordt gebruikt, is al een grote stap.’

HOE DE NOORD/ZUIDLIJN WEER OP DE RAILS KWAM

De boor moest door Hij geldt als een van de mensen die zo’n tien jaar geleden de aanleg van de ­ Noord/Zuidlijn vlot wist te trekken: boormanager Paul Janssen. De succesfactoren: een slimme truc die verder uitstel voorkwam, een reëel budget, meer openheid en het koesteren van vakmanschap.

‘W

e kunnen het dus.’ Zo reageert ir. Paul Janssen op de vraag wat voor hem de betekenis is van het in gebruik nemen van de Amsterdamse Noord/Zuidlijn. Hij doelt op het boren in slappe ondergrond, in totaal zo’n ­ 3,1 km, zonder schade aan de boven­ liggende gebouwen, en ook op het ondertunnelen van het Centraal ­Station, waarbij de houten funderingspalen werden vervangen door een grote betonnen tafel waarop het monumentale pand nu rust.

Verloren schild Toen Janssen in 2007 voor de gemeente als manager van het boren van de Noord/Zuidlijn werd aangesteld, verkeerde het project in zwaar

weer. De in 2003 gestarte werkzaamheden stagneerden; politiek, project­ leiding en aannemers lagen met elkaar overhoop. De afgesproken oplever­ datum was al meermalen uitgesteld en de ene budgetoverschrijding volgde op de andere. En tot overmaat van ramp verzakten karakteristieke Wevershuisjes aan de Vijzelgracht toen een diepwand van het metro­station een groot lek vertoonde.

Janssen wijst op verschillende factoren die ervoor zorgden dat de metro nu toch gaat rijden. De eerste van die factoren had te maken met de lekkage bij de bouwput van station Vijzelgracht. Het ontgraven daarvan werd na de verzakking van de Weverhuisjes direct stilgelegd, evenals van station Rokin, want daar was dezelfde bouw-

methode gebruikt. Eerst moest er onderzoek worden gedaan en het advies van deskundigen afgewacht.

‘De boormachine stond op het Damrak klaar om te beginnen, maar we konden niet verder dan station Rokin.’

Om uitstel te voorkomen, bedacht Janssen met zijn ploeg de zogenoemde verloren-schildmethode. Eerst boorde de aannemer één tunnelbuis tot vlak voor station Rokin. Daar liet hij het boorschild achter; de stalen cilinder die de boorders beschermd tegen grond en water. (Terughalen is niet mogelijk, want zo’n schild kan alleen vooruit.) De installaties erachter, die de tunneldelen plaatsten, trok Janssen terug om ze vervolgens met een tweede boorschild weer op te bouwen tot een complete boormachine die de

juli 2018 | de ingenieur 7 | 31

tweede tunnelbuis boorde. Tegelijk maakte hij aan de zuidkant van het traject een nieuwe startschacht. Hier werd vervolgens de hele machinerie naar toe verplaatst om van daar af richting en door station de Pijp te gaan boren. Zodra de stations Vijzelgracht en Rokin waren ­ontgraven, kon de aannemer ook daar doorheen, bij station Rokin met gebruik van de ‘verloren’ boorschilden.

Die aanpak kwam terecht in het advies van de commissie-­ Veerman – de vroegere landbouwminister Cees Veerman was de voorzitter – dat de weg effende voor het besluit om het metro­ project weer met volle vaart ter hand te nemen. Janssen: ‘Zo ­voorkwamen we dat het boren een jaar werd stilgelegd.’

Opengebroken contract Janssen beschouwt het advies van die commissie-Veerman ook om andere redenen als de ommekeer in het project. ‘Het gaf een reële raming van de kosten. Zeker, die was vele malen hoger dan het budget van 1,4 miljard euro waar de gemeenteraad van Amsterdam in 2002 mee had ingestemd, maar Veerman hanteerde tenminste een reële prognose, inclusief financiële risico’s.’

Voor Janssen is dat een belangrijke les van de Noord/Zuidlijn: wees reëel over de kosten. ‘Om het project door de gemeenteraad te krijgen, had de toenmalige wethouder Geert Dales het budget veel te krap voorgesteld. Dat was vragen om overschrijdingen.’

Hoe Dales aan die raming kwam? Janssen: ‘Men hanteerde een ­risicopost onvoorzien van slechts 4 %. En dat bij een project van deze omvang, door zo’n stad, technisch complex en nog nooit gedaan! Dat sloeg dus nergens op. Veerman maakte daar terecht korte metten mee door met een veel grotere post onvoorzien te rekenen.’

32 | de ingenieur 7 | juli 2018

Had Dales het project met een reële budget­raming door de gemeenteraad gekregen? ‘Wellicht niet, en dan was de Noord/Zuidlijn er op dat moment niet gekomen. Dat is dan maar zo. Voor mij staat reëel budgetteren voorop. Want wat zie je na de nieuwe raming van de commissie-Veerman: ­ge­­durende het werk verschijnt op gezette tijden het bericht: ‘Weer meevaller bij Noord/Zuidlijn.’

Dat werkt een stuk prettiger – ook richting de ­politiek.’

Die lage budgettering was niet alleen uit oogpunt van besluitvorming verkeerd, hij had ook een slechte invloed op het werk. ‘Met de aan­ nemer die het boorwerk ging doen, was een onmogelijk contract gesloten om de prijs zo laag mogelijk te houden. In dat contract stond namelijk dat hij werd betaald voor de beschikbaarheid van de boormachine. Of hij meters maakte of niet, deed er niet toe.’ De gemeente nam zo alle risico’s van stilstand van de boormachine op zich. ‘Zo’n afspraak zou natuurlijk leiden tot eindeloos ge­­ steggel over het boortempo tussen mijn team en de aannemer. Ik heb dat contract daarom onmiddellijk opengebroken en vervangen door een afspraak over het aantal dagen waarin het tracé werd voltooid. Dat maakte het contract weliswaar aanvankelijk duurder, maar het heeft de gemeente uiteindelijk veel ellende en kosten bespaard.

Bovendien: bij zo’n complex project is een goede samenwerking tussen de opdrachtgever van het boren, mijn team dus, en de aannemer essentieel. Een contract moet die samenwerking niet in de weg zitten.’

Kantelend imago De commissie-Veerman bepleitte ook openheid over de mogelijke risico’s van schade aan gebouwen. Janssen: ‘Toen ik bij het projectbureau binnenkwam was het een organisatie die alles achter gesloten deuren hield. Terwijl open communicatie, zeker in een stad als Amsterdam, essentieel is voor draagvlak.’

Daarom publiceerde Janssen op internet bijvoorbeeld alle risico­ scenario’s. ‘Dat werd me hevig ontraden. Bezwaarmakers zouden er maar door op ideeën komen. Maar het had een omgekeerd effect. Risico’s werden niet verbloemd en mensen zagen wat we hadden bedacht om de gevolgen zo veel mogelijk te beperken, mocht er iets misgaan.’

Klaagde er iemand over een deur die was gaan klemmen, dan stuurde Janssen er direct een timmerman op af. ‘Het inhuren van een schade-expert is het organiseren van hoge kosten en chagrijn.’ De bewoners van de Weverhuisjes konden hun pand voor goed geld ­verkopen aan de gemeente. ‘En toen wij een keer een lekkage hadden, nodigden we zelf direct de media uit om te komen kijken en ons ­verhaal te horen.’

Zijn mooiste anekdote gaat over een winkelpand dat te maken ­ kreeg met wateroverlast door een verkeerd aangesloten pomp. ‘Onze omgevingsmanager Richard Koenders ging toen naar de bouwmarkt, kocht een waterstofzuiger, ging daarmee naar dat kantoor, hielp mee het water weg te werken, en bood de mensen vervolgens die waterstofzuiger aan. Zo hadden we er weer een paar ambassadeurs bij.’

Ook het naar buiten gebrachte beeld werd anders. ‘In plaats van machines brachten we de mensen in beeld die het werk deden. Bewoners kunnen zich daar veel gemakkelijker mee identificeren. En we organiseerden gedurende het ­project diverse open dagen.’

Wat vooral hielp om het imago rond de lijn te laten kantelen, was dat bij het boren alles goed ging. ‘Tuurlijk, deels is dat een kwestie van mazzel, maar dat was niet doorslaggevend. We wisten heel goed waar we mee bezig waren. Zo ­hebben we de grond rond de palen van de meest kwetsbare panden als de Bijenkorf en de Munt­ toren van tevoren extra verstevigd.’

Extra risico’s vermeed Janssen door niet eerder beproefde innovaties aan de boormachine achterwege te laten. ‘En het monitoringssysteem, waarmee we precies in de gaten konden houden of en hoeveel het wegdek verzakte als we eronder aan het boren waren, heeft ons enorm geholpen. Zagen we iets te veel afwijking, dan konden we daarvoor compenseren.’

Maar het allerbelangrijkste was het koesteren van het vakmanschap van de mensen die het werk deden. ‘Zorg dat je een beroep doet op hun ervaring; dat ze zich meester voelen van hun taak. Daardoor gaan ze hun werk heel secuur doen.’ |

juli 2018 | de ingenieur 7 | 33

foto JornB.com Photography

Dingeman Kuilman is algemeen directeur van het Stedelijk Museum Breda en curator van de tentoonstelling True Beauty.

Ware schoonheid?

Als ware kunstwerken hangen wetenschappelijke afbeeldingen in het Stedelijk Museum Breda. De grens tussen kunst en wetenschap vervaagt, stelt museumdirecteur Dingeman Kuilman. Hij pleit dan ook voor meer samenwerking tussen wetenschappers en kunstenaars. ‘Onderzoeksbeeld is zo belangrijk geworden dat een kritische reflectie erop echt nodig is.’ tekst ir. Judith Robbe

D

e afbeelding lijkt bijna een Van Gogh, met zijn patroon en zijn felgele en knalblauwe kleuren. Toch is het een microscoopopname van de zuignapjes van een geelgerande watertor, die als een waar kunstwerk aan de muur van het Stedelijk Museum Breda hangt. En het is niet de enige wetenschappelijke illustratie die daar is te bezichtigen in het kader van de tentoonstelling True Beauty. Op de grens van kunst en wetenschap. Even verderop hangt een microscoopopname van een haarzakje

34 | de ingenieur 7 | juli 2018

van een kat, ernaast een afbeelding van Jupiter.

Verantwoordelijk voor het geëxposeerde wetenschapsbeeld is Dingeman Kuilman, algemeen directeur van het Stedelijk Museum Breda en curator van de tijdelijke tentoonstelling. ‘True Beauty is geen wetenschapstentoonstelling, waar plaatjes dienen ter illustratie’, benadrukt hij. ‘Uitgangspunt is het beeld zelf.’

Volgens Kuilman is het wetenschappelijke beeld tegenwoordig van dusdanige kwaliteit dat het daadwer-

kelijk thuishoort in een museum voor beeldende kunst. ‘Onderzoekers kunnen steeds meer zichtbaar maken. De gebruikte onderzoeksinstrumenten leveren datasets, die wetenschappers vervolgens visueel moeten interpreteren. Dat vereist voorstellingsvermogen; verbeeldingskracht. Sommigen geven hun werk zelfs een artistieke allure die eerder hoort bij een museum dan een laboratorium.’

De tentoonstelling benadrukt het belang van verbeeldingskracht in de wetenschap. ‘Vroeger was dat een

foto Spike Walker

WETENSCHAPPELIJK BEELD MAAKT TRENDS ZICHTBAAR

Deze microscoopopname laat de zuignapjes op de voorpoten van een mannelijke geelgerande watertor zien, die zich daarmee tijdens het paren vastklemt aan het schild van het vrouwtje.

belangrijk onderzoeksinstrument’, legt Kuilman uit. ‘Ik las laatst hoe Christiaan Huygens een sterrenkijker maakte. Omdat de lenzen toen nog niet zo goed waren, moest hij bij het tekenen van wat hij erdoor zag veel zelf bedenken. Technische hulpmiddelen leverden de input, maar er was verbeeldingskracht nodig om tot resultaat te komen. In de eeuwen die volgden, is het instrumentarium verfijnd: er kwamen camera’s die iedereen hetzelfde lieten zien. Er ontstond een technische objectiviteit.’

Maar de ontwikkeling is verder gegaan, vervolgt Kuilman. ‘Inmiddels leveren instrumenten beeld als informatie. Bij het visueel interpreteren daarvan is weer verbeeldingskracht nodig, waarmee we terug zijn bij Huygens. Bij het omzetten van die objectieve informatie over de werkelijkheid in beeld maken wetenschappers in wezen ­artistieke keuzes.’

Kuilman vergelijkt het visualiseren van data met het bewerken van RAW-bestanden door een fotograaf. ‘Een RAW-bestand is een ruwe en onbewerkte weergave van wat de beeldsensor in een camera heeft vastgelegd. Elektronenmicroscopie bijvoorbeeld levert ook ruwe en onbewerkte data op. Beslissingen over de kleur, de lichtinval en de ­uitsnede bepalen de uiteindelijke kwaliteit van het beeld.’

Als voorbeeld laat hij een microscoopopname zien van een kankercel. ‘De wetenschapper moet kiezen van welke kant hij de cel in beeld

brengt, welke scherptediepte hij aanbrengt en welke kleuren hij gebruikt. Er ligt een loep­ scherpe, objectieve opname aan ten grondslag, maar het beeld is geësthetiseerd. Het is een haast romantische voorstelling geworden van iets kwaadaardigs.’

Verstopt in een voetnoot De belangstelling voor zowel kunst al wetenschap is er altijd geweest bij Kuilman, die na drie jaar zijn studie geneeskunde afbrak om naar de Gerrit Rietveld Academie te gaan. Voor de ­tentoonstelling zocht hij in databases van universiteiten en onderzoeksinstituten verspreid over de hele wereld naar illustraties bij wetenschappelijke artikelen. ­Uiteindelijk selecteerde hij er vijftig die een bepaalde kunstzinnige ­kwaliteit hebben. ‘Het was krankzinnig veel werk. Maar het is heel bevredigend om in de voetnoot van een ­wetenschappelijk artikel een prachtig plaatje te vinden dat anders verstopt was gebleven.’ juli 2018 | de ingenieur 7 | 35

foto James Patterson foto Sriram Subramaniam/National Cancer Institute

Het preparaat van een kattenhaarzakje. In het zakje zit een zich ontwikkelende haar.

Het geheel bevindt zich in een stukje huid.

Een microscoopopname van een kankercel. Met onnatuurlijke kleuren zijn een aantal onderdelen zichtbaar gemaakt: de mito­­chondrieën (rood), het endoplasmatisch reticulum (geel) en de kern (grijs).

Gaandeweg tekenden zich tijdens zijn zoektocht als vanzelf de belangrijkste onderzoeksvelden van dit moment af. ‘Er wordt veel onderzoek gedaan naar de hersenen, kanker, de ruimte en materie. Dat zie je terug in de tentoonstelling.’

Verder is het karakter van het wetenschappelijke beeld de afgelopen tien à twintig jaar veranderd, signaleert Kuilman. ‘Dat komt door de digitalisering. Er zijn betere tools voorhanden, waardoor er meer in beeld is te brengen en betere beelden zijn te maken. Bovendien zijn er meer publicatiemogelijkheden voor beeld. Door de toenemende concurrentiedruk tussen universiteiten en onderzoeksinstituten is het ook noodzakelijk om onderzoek zichtbaarder te maken en de maatschappelijke relevantie aan te tonen.

Beeld vormt een venster voor het publiek. Dit allemaal heeft een stimulerende werking gehad 36 | de ingenieur 7 | juli 2018

op de beeldproductie, die echt is geëxplodeerd.’ De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA produceert bijvoorbeeld non-stop beeld.

‘Speciale visualisation teams doen niet anders dan afbeeldingen van missies produceren. Veel grote universiteiten hebben inmiddels ook zulke teams. Het is een tak die snel is ontwikkeld en nog volop in ­ontwikkeling is.’

Outsider art Het visualiseren maakt artistiek talent los bij wetenschappers, stelt Kuilman. ‘Sommigen gaan daarbij verder dan zuiver illustratief nodig is. Dat geeft het beeld gelaagdheid en een bepaalde kwaliteit.’ Hij wijst op een afbeelding van een zogeheten connectoom, die laat zien hoe de verschillende zenuwbanen in de hersenen lopen en met elkaar zijn verbonden. ‘De onderzoeker, David Liewald van de Britse University of Edinburgh, heeft het connectonoom in de ruimte gehangen. Hij heeft het zelfs een schaduw gegeven, waardoor het een object wordt en het iets surrealistisch krijgt. Het is fascinerend hoe hij al dan niet bewust voor deze vorm kiest.’

foto Gerald Eichstädt/NASA

Ruimtesonde Juno maakt beelden van de planeet Jupiter. ‘Burger-wetenschapper’ Gerald Eichstädt heeft de data van zo’n opname bewerkt met ‘valse kleuren’.

foto David Liewald/University of Edinburgh

Op dit moment lijkt wetenschap zich vaak af te spelen in zo’n zwarte ruimte, vertelt hij. ‘De beelden worden in leegte geprojecteerd. Die leegte heft de schaal op, waardoor je niet meer kunt inschatten of iets groot of klein is.’ De tentoonstelling speelt daarmee. Zo lijken de ­eerdergenoemde foto van Jupiter en het kattenhaarzakje verdacht veel op elkaar. Ze hangen dan ook zij aan zij.

Kuilman vergelijkt het beeld met outsider art. ‘Dat is kunst waar geen bewust idee achter zit. Het grote verschil met reguliere kunst is dat het ontbreekt aan reflectie op het werk.’ Graag zou hij zien dat wetenschappers dat laatste wel gaan doen. ‘Onderzoeksbeeld is zo belangrijk geworden dat een kritische reflectie erop echt nodig is. In hoeverre mogen wetenschappers iets mooier maken dan het is?

Afbeelding van een connectoom; een kaart van de verbindingen in de hersenen. Hiervoor is eerst een MRI-scan gemaakt, wat doorsneden van het brein opleverde. Deze ‘plakjes’ zijn aan elkaar gekoppeld en in een aantal stappen bewerkt tot dit object.

­ isschien moeten we daar conventies over M afspreken. Want hoe wáár is het beeld? Heeft dat dezelfde waarheidsclaim als de wetenschap zelf?’

Culturele verschillen Wat Kuilman betreft, is het zeker niet de laatste keer dat wetenschappelijke illustraties als beeldende kunst in een museum zijn te bezichtigen.

‘Zo’n tentoonstelling zou elke twee jaar moeten terugkeren. Dan kun je ook kijken of er trends waarneembaar zijn.’

Ideeën voor een vervolg heeft Kuilman te over.

‘Je zou een fantastische tentoonstelling kunnen maken over de representatie van kanker gedurende de afgelopen honderd jaar. Dat moet dan geen geïllustreerd chronologisch overzicht zijn van hoe het kankeronderzoek zich heeft ontwikkeld, maar een overzicht van wat voor beeld de ziekte heeft opgeleverd. Hoe is dat de afgelopen eeuw veranderd?’

Een andere interessante vraag is of er culturele verschillen bestaan. ‘Brengt een Chinese onderzoeker een kankercel hetzelfde in beeld als een Zwitserse? Is er een Europese school? Een Amerikaanse school? Een Aziatische? Zo kun je bij elke vervolgtentoonstelling steeds een andere focus aanbrengen.’

Kortom, inspiratie genoeg. ‘Ja’, lacht hij, ‘ik zou best een heel museum rond dit thema kunnen programmeren.’ | ‘True Beauty’ is nog tot en met zondag 19 augustus te zien in het Stedelijk Museum Breda. juli 2018 | de ingenieur 7 | 37

IONICA SMEETS BESTUDEERT HOE BÈTA’S COMMUNICEREN

‘Ingenieurs mogen vake Hoewel ze beschikken over een can-do-mentaliteit, ­ leggen ingenieurs vooral de nadruk op wat er mis kan gaan. B ­ ovendien verliezen ze zichzelf nog weleens in ­jargon en denken ze discussies te kunnen winnen met niets dan getallen en harde feiten. Hoogleraar wetenschaps­

QUOTE

communicatie Ionica Smeets onderzoekt hoe het beter kan.

tekst ir. Jim Heirbaut foto Ype Driessen

38 | de ingenieur 6 | juni 2018

Z

e studeerde technische wiskunde aan de TU Delft, maakte met honderden krantencolumns de bètawetenschappen bekender onder het brede publiek en is sinds 2015 hoogleraar weten­ schapscommunicatie aan de Universiteit Leiden: prof.dr.ir. Ionica Smeets. Onlangs werd ze alumnus van het jaar aan de TU Delft ‘voor de toegankelijke, effectieve en vaak geestige manier waarop ze zich inzet om de kloof tussen wetenschap en maatschap­ pij te verkleinen’. Wat kunnen ingenieurs van haar leren?

Wat typeert de ingenieur?

‘Een positieve houding, een can-do-mentaliteit die me erg bevalt. Zo van: geef me een probleem en we lossen het op. Daarnaast hebben ingenieurs een erg directe manier van communiceren. Dat merk ik nog af en toe als ik in een vergadering hier aan de Uni­ versiteit Leiden zeg: ‘Wat een dom voorstel.’ Dan zie ik mensen een beetje raar kijken. Hier zijn ze ge­ wend om kritiek veel indirecter te geven, meer van: ‘Ja, dat is zeker een interessant voorstel, waar we nog eens goed naar moeten kijken.’ Dat directe is mijn Delftse achtergrond, denk ik. Ik vind dat ook fijn; ik heb liever dat iemand in mijn gezicht zegt wat hem niet bevalt dan dat ik dat dagen later via via moet horen.’

Is die opgewekte can-do-houding van ingenieurs altijd terecht in een tijd waarin we ook de problemen zien, zoals het verlies van privacy op internet, de bedreigingen van kunstmatige

intelligentie en de impact van technologie op onze leefomgeving?

‘Goede vraag. Bij jonge studenten om me heen valt me op dat ze behoorlijk idealistisch zijn. En dat inge­ nieurs niet alleen maar nobele dingen doen, is van alle tijden. Er zijn altijd mensen geweest die bij Shell werken om zoveel mogelijk olie uit de aarde te ­halen. En wat maakt Facebook of Google anders dan Shell? Ik vind het vooral zorgwekkend als ingenieurs niet nadenken over de gevolgen van hun werk. Er kwam onderzoek naar buiten over kunstmatig intel­ ligente software die uit foto’s van mannen kon aflei­ den wie er homo is. Een van die softwareontwikke­ laars zei in een interview iets van de strekking: ‘Met de ethische gevolgen van mijn werk heb ik toch niks te maken? Ik ben maar een programmeur.’ Daar schrok ik wel van.’

r hun successen vieren’ Waarom hebben artsen dat meer dan ingenieurs?

‘Dat weet ik niet. Misschien hebben ze in hun oplei­ ding meer dan ingenieurs een soort beroepseer meegekregen. Ingenieurs zijn vooral bezig zijn met ­diffe­­re­n­tiaalvergelijkingen en het opdoen van ­ana­lytische vaardigheden. Dat zie je ook terug in de politiek, waar nauwelijks ingenieurs actief zijn. En in de ­media: kun jij een paar ingenieurs noemen die vaak in de media komen?’

Eh ...

‘Precies, dat bedoel ik. Ik denk dat we jonge men­ sen beter duidelijk moeten maken dat je als inge­ nieur heel goede dingen kunt doen op het gebied van beleid. Het zou heel nuttig zijn als meer mensen met een gedegen technische opleiding meedenken over beleidsbeslissingen, waarbij ook vaak techni­ sche problemen spelen.’

Uw onderzoek gaat over wetenschapscommunicatie. Wat valt u op aan de communicatie van ingenieurs?

‘Laatst was ik kort na elkaar bij een congres van kaakchirurgen en bij een bijeenkomst van civiele ingenieurs. Wat me opviel, was dat die civiele ­ingenieurs het de hele tijd over instortingen hadden en betonrot; eigenlijk alles wat er mis kan gaan. Terwijl die kaakchirurgen aan elkaar allerlei nieuwe technieken presenteerden waarvan maar 20 % ook echt werkte bij de ­patiënt, maar waar ze toch enorm trots en opgetogen over commu­ niceerden.’

Wat leert u dat?

‘Dat ingenieurs hun successen wat meer zouden mogen vieren. Ze zijn vaak alleen bezig met het oplossen van problemen en dingen beter maken. Dat is natuurlijk goed, maar ze zouden naar buiten toe ook eens kunnen zeg­ gen: ‘Kijk nou eens wat een gaaf gebouw we hebben neer­gezet!’ Ik denk dat we op dit gebied nog wat kunnen leren van die kaakchirurgen, die hun kleine succes zo trots presenteerden.’

Uw vakgebied gaat over het communiceren van wetenschappers met het brede publiek. Wat zijn de uitdagingen voor ingenieurs?

‘Dat zijn er verschillende. Een belangrijke is het ­gebruik van jargon; vaktermen die voor weten­ schappers vaak een andere betekenis hebben dan voor leken. Daarom zouden wetenschappers bij het communiceren steeds moeten checken of ze het over dezelfde betekenis van een woord hebben. Het bijzondere is dat wetenschappers en ingenieurs vaak denken dat ze zonder jargon iets aan het uitleggen zijn, maar dat hun tekst nog vol zit met woorden waarvan de leek echt niet precies weet wat ze ­betekenen.’

Hebt u daar voorbeelden van?

‘In een studie vroegen we experts uit de geoweten­ schappen en mensen op straat wat de betekenis was van belangrijke termen uit dat vakgebied. Bij heel wat van die termen dachten de leken dat ze een andere betekenis hadden dan de experts; zelfs bij bekende termen als ‘rivier’ en ‘grondwater’. Het is belangrijk om te zorgen dat je over hetzelfde praat als je mensen bijvoorbeeld moet informeren over een dreigende overstroming. Daarnaast lieten we dezelfde groep proefpersonen steeds vier plaat­ jes zien met de vraag welk plaatje het beste een ­bepaalde vakterm uitbeeldde, zoals een dam of een juni 2018 | de ingenieur 6 | 39

QUOTE

foto János Korom Dr./CC BY-SA 2.0

Het opslaan van nucleair afval is een probleem dat wellicht in technisch opzicht oplosbaar is, maar waar burgers toch emotioneel op kunnen reageren.

dijk. Het opvallende was dat bij de plaatjes bijna altijd overeenstemming was tussen de experts en de leken. De conclusie is dat je beter met beel­ den kunt communiceren, vooral wanneer het cruciaal is dat je het over ­hetzelfde hebt.’

Hebt u een gouden tip voor communiceren over ingenieurs­ onderwerpen die ingewikkeld zijn voor het publiek?

‘Een gouden tip heb ik niet, maar wat je vaak ziet is dat ingenieurs – eigen­ lijk alle wetenschappers die weinig ervaring hebben met communiceren met publiek of media – proberen om met getallen en harde feiten mensen te overtuigen. Maar dat werkt vaak niet. Het is misschien wat tragisch voor bèta’s, maar onderzoek laat zien dat mensen veel gevoeliger zijn voor een anekdote of een persoonlijk verhaal dat gaat over het punt dat je wilt ma­ ken. Artsen zijn daar handiger in. Mijn huisarts zegt niet: ‘Deze behandeling heeft in 75 % van de gevallen succes’, maar: ‘Ik had laatst iemand in mijn praktijk en die had precies hetzelfde probleem als u. Bij haar is die behan­ deling heel goed aangeslagen.’ Hetzelfde geldt als je bestuurders wilt beïn­ vloeden. Ingenieurs beseffen soms te weinig dat er een groot verschil is tus­ sen informeren en overtuigen. Het naïeve idee is soms: ik geef de feiten en die spreken wel voor zich, zodat politici de juiste beslissing zullen ­nemen.

Maar dat is gewoon niet hoe het werkt. Als je wilt dat politici iets doen, ­probeer je ze te beïnvloeden en daarvoor heb je een andere manier van ­informatie geven nodig. Daarbij moet je een presentatie of een verhaal voor een lekenpubliek niet opbouwen als een wetenschappelijk artikel. Laat je in plaats daarvan inspireren door hoe succesvolle auteurs als Dan Brown dat doen. Of de schrijvers van de series die je kijkt op Netflix; die beginnen ook niet aflevering één van seizoen één met een opsomming van alle komende episodes, maar met een pakkende actiescène. Je moet het verhaal worden ingetrokken.’

Is de positie van de ingenieur in de samenleving veranderd?

‘Ja, ingenieurs moeten meer dan vroeger uitleggen wat ze doen en waar­ om. Tot de jaren zeventig van de vorige eeuw stonden de bètawetenschap­ pen op een voetstuk. Techneuten presenteerden een raket en dan zei ieder­ een: ‘Wat gaaf!’ Maar dat is helemaal veranderd. Nu vragen mensen zich af of dat ding niet slecht voor het milieu is en wat dat allemaal heeft gekost.

Het is helemaal niet meer zo dat mensen iets dat uit de wetenschap of techniek komt automatisch omarmen. Dus wetenschappers worden ge­ dwongen meer moeite te doen om te communiceren en te overtuigen.’

40 | de ingenieur 6 | juni 2018

Hoe moeten ze dat dan aanpakken?

‘Bij grote, ingewikkelde projecten moet je proberen om de burgers er zo vroeg mogelijk bij te betrekken.

En dan moeten ze echt inspraak hebben vanaf het ­begin; informeer ze goed en laat ze meedenken. ­Beslis niet alles al achter de schermen om daarna voor de bühne te doen alsof het publiek er ook nog iets over te zeggen heeft. Verder moeten ingenieurs rekenen op emotionele reacties van mensen en daar serieus mee omgaan. Als burgers zeggen dat ze bang zijn voor een bepaald effect – dat kan van alles zijn, bijvoorbeeld het opslaan van kernafval – dan moet je dat niet weglachen of onder cijfers bedel­ ven, maar serieus het gesprek aangaan. En als je als ingenieur de hele tijd tussen vier muren hebt zitten werken aan een project, moet je niet denken dat je het publiek even snel kunt overtuigen om iets te gaan gebruiken. Het kost tijd om het vertrouwen van het publiek te winnen. Dat betekent dus ook naar buiten treden op eerdere momenten, wanneer je niet direct iets te winnen hebt. Probeer vaker dienstbaar te zijn, bijvoorbeeld door je expertise met de samenleving te delen. Een goed voorbeeld is iemand als natuurkundige Robbert Dijkgraaf; die is echt uitgegroeid tot een publiekslieveling. Doordat hij zoveel heeft geïnvesteerd in zichtbaarheid, weet hij nu mensen snel te overtuigen als hij iets voor ­elkaar wil krijgen. Zichtbaarheid schept vertrouwen.

Je hoeft echt niet altijd in De Wereld Draait Door te zitten; het werkt ook regionaal zo. In mijn woon­ plaats heb ik bijvoorbeeld een keer op iemand ­gestemd die veel deed voor de wijk en zich regel­ matig liet zien.’

Wat wil je ingenieurs nog meegeven?

‘Ik zie dat veel ingenieurs echt wel hun best doen om te communiceren met het publiek, maar dat gaat niet altijd even effectief. Dat is een laatste tip: weet dat er in de sociale en de communicatie­ wetenschappen een hoop kennis is over hoe je wél effectief communiceert. Alleen staan tussen deze ‘softe’ wetenschappen en de bèta’s te vaak nog hek­ ken. Juist daarom probeer ik om mijn werk over ­wetenschapscommunicatie niet in communicatie­ bladen te publiceren, maar juist in de vakbladen van bèta’s. Want ik wil dat mijn werk gebruikt wordt door bèta’s, zodat ze beter gaan communiceren.’ |

TO DO

foto Lloyd’s Register/MMR

STRIJP 2.0 | 19 juli

Wie ook maar iets van het zinken van de Titanic heeft opgepikt, weet dat er niet genoeg reddingsboten waren om alle passagiers in veiligheid te brengen. Toch voldeed het schip op dat punt aan de toen geldende regels, wat onder meer betekende dat het aantal reddingssloepen niet was gebaseerd op het aantal passagiers, maar op de grootte van het schip. In de jaren na de ramp werden nieuwe regels opgesteld; schepen moesten voortaan uitvaren met flink meer sloepen.

De Titanic is een van de voorbeelden die voorbijkomen in de tentoonstelling ­‘Waterproof’ van het Maritiem Museum Rotterdam. Naar aanleiding van het ­150-jarig bestaan van Lloyd’s Register Nederland brengt die de rol van inspecteurs of surveyors van zulke zogenoemde classificatiebureaus in beeld. Die beoordelen de ontwerpen en de bouw van (onderdelen van) schepen en voeren daarna ­periodieke controles uit, om te zien of is voldaan aan alle veiligheidsvoorschriften.

Veiligheidsvoorschriften die zeker niet in steen gebeiteld stonden, zo leert het voorbeeld van de Titanic; rampen en andere ontwikkelingen zorgden ervoor dat ze gedurende de afgelopen anderhalve eeuw geregeld op de schop moesten. tentoonstelling Waterproof, Maritiem Museum Rotterdam, t/m 3 juni 2019.

In de jaren vijftig bouwde Philips het ­fabrieksterrein Strijp-T en dat gebeurde ­uiteraard niet volgens de huidige duur­ zaamheidsnormen. Nu de panden voor hun nieuwe bestemming uitgebreid worden ge­ renoveerd, krijgen ze zonnepanelen, maxi­ male isolatie en ledverlichting die dankzij bewegingsdetectors niet onnodig brandt.

Bovendien komt er een biomassacentrale op het terrein en worden er zoveel moge­ lijk hergebruikte materialen ingezet. Meer weten? KIVI Regio Zuid organiseert een be­ zoek aan Strijp-T, inclusief een rondleiding over het terrein. Studenten, KIVI-­leden en hun introducees mogen daar ­gratis aan deelnemen; andere belangstellenden ­be­talen 15 euro.

Excursie Strijp-T, Gebouw RT, Eindhoven, do 19 juli 2018. Inschrijven via www.kivi.nl/strijp-t

VIRTUELE VORDERINGEN | t/m 30 januari 2019 Met producten als de Oculus Rift-bril is vir­tual reality eindelijk binnen bereik aan het ko­ men. Maar technologie is één ding. Wie gaan VR nu optillen van een gimmick naar een vol­ waardig en volwassen ­medium? De Mexi­ caanse filmregisseur ­Alejandro González Iñár­ ritu bijvoorbeeld, ­bekend van films als 21 Grams, Babel en The Revenant. Die sleepte in 2017 een speciale Oscar in de wacht met de VR-installatie CARNE y ARENA, die nu in het Amsterdamse EYE Filmmuseum is opgesteld.

CARNE y ARENA, Spaans voor ‘vlees en zand’, is gebaseerd op gesprekken die Iñár­ ritu had met migranten die de grens tussen Mexico en de VS waren overgestoken. De bezoeker begeeft zich in de installatie tus­ sen een groep van deze migranten om zo hun reis door de woestijn zelf mee te ma­ ken. Om de ervaring zo realistisch mogelijk te laten aanvoelen, moet de bezoeker zelfs zijn schoenen uitdoen zodat hij het zand aan zijn blote voeten voelt.

De installatie staat niet op zich. EYE heeft een heel VR-programma opgesteld onder de noemer EYE Xtended. Van 30 augustus tot en met 10 september is bijvoorbeeld The Chalkroom te bezoeken. Deze opstelling uit de koker van kunstenaar en muzikant Laurie Anderson bestaat uit acht poëtische kamers, waarin je ‘de beperkingen van ruimte en zwaartekracht overstijgt’.

Van 20 tot en met 30 november volgt ­Rising van performancekunstenaar Marina Abramovic. Zij illustreert het klimaatpro­ bleem door zichzelf (of althans: haar virtue­ le avatar) in een tank te plaatsen die zich langzaam met water vult. De bezoeker kan vervolgens proberen Abramovic te redden.

In januari 2019 is dan nog The Deserted van de Taiwanese regisseur Tsai Ming-liang te bezoeken, een ‘theaterstuk voor één persoon die zelf bepaalt vanuit welke hoek hij kijkt en hoe hij deel uitmaakt van de ruimte’. Kortom, wie eens wil zien, of beter gezegd wil ondergaan wat geëngageerde artistiekelingen doen met de mogelijk­ heden van VR, kan terecht bij EYE. Wel ­belangrijk: kaarten moet je van tevoren ­bestellen via www.eyefilm.nl.

Filmprogramma EYE Xtended, EYE ­Film­museum, t/m 30 januari 2019.

tekst drs. Jean-Paul Keulen

juli 2018 | de ingenieur 7 | 41

foto’s Ecorobotix

EUREKA

DE PRODUCTONTWERPEN VAN MORGEN

GIFBESPAARDER Pesticiden zijn noodzakelijk om de wereldbevolking te voeden, volgens de agrochemische multinationals. Maar ze verstoren wel de natuurlijke balans tussen roof- en prooidieren, en verminderen de biodiversiteit in de bodem. Een nieuwe robot die onkruid detecteert en gericht besproeit, belooft daar wat aan te doen. De maker van de robot, het Zwitserse bedrijf ecoRobotix, zegt het gebruik van pesticiden met maar liefst een factor twintig te kunnen verminderen.

De Autonomous Robot Weeder is ontworpen om zelfstandig door grote akkers te navigeren met ­behulp van gps en sensoren. Om de druk van de wielen op de landbouwgrond te minimaliseren, ­bestaat de robot uit een lichtgewicht frame van 2,2 bij 1,7 m breed en 1,3 m hoog. Het totaal­ gewicht van 130 kg wordt verdeeld over twee ­elektrisch aangedreven voorwielen en twee zwenkwielen achteraan.

Bovenop het frame liggen twee zonnepanelen die de robot van elektriciteit voorzien. Dit levert twaalf productieve uren per dag – ook als het bewolkt is.

De robot werkt het beste op velden met een lage tot gemiddelde dichtheid aan gewassen. Minder

tekst ir. Jeroen Akkermans en ing. Paul Schilperoord

42 | de ingenieur 7 | juli 2018

planten betekent simpelweg een hogere werksnelheid. Met een gemiddelde snelheid van 0,4 m/s rijdt de robot systematisch tussen de rijen gewassen door. Een camera gekoppeld aan beeldherkenningssoftware herkent met een nauw­ keurigheid van meer dan 95 procent waar onkruid staat dat moet worden bespoten.

Die taak voeren twee robotarmen van het Zwitserse bedrijf Delta uit. Deze armen hebben een lichtgewicht constructie bestaande uit drie scharnierende stangenmechanismen die samenkomen in een punt. Daar hangt het sproeimechanisme aan.

En dat is via slangen verbonden met twee opslagtanks van elk 15 l voor twee verschillende bestrijdingsmiddelen. Met een nauwkeurigheid van 2 cm spuit het sproeimechanisme een gerichte, minimale hoeveelheid bestrijdingsmiddel op de ongewenste plantjes. De gewassen zelf en de bodem worden dus helemaal niet bespoten.

Na een aantal jaren ontwikkeling heeft ecoRobotix recent in een nieuwe investeringsronde voldoende kapitaal opgehaald om de Autonomous Robot Weeder op de markt te brengen. De introductie staat gepland voor begin 2019. (PS)

foto’s Manometric

MAATWERK Mensen met artrose aan hun handen dragen doorgaans de rest van hun leven een brace. ­Tenminste, als ze dat volhouden, want uit ­onderzoek blijkt dat de helft van dit soort ­ondersteuningen vroeg of laat in een la belandt.

De handgemaakte gipsen en siliconen braces zitten vaak niet goed en voelen warm en ­zweterig aan. ‘En mooi zijn ze ook al niet’, zegt Robin ­Jones MSc. Met zijn businesspartner Pieter Smakman MSc heeft Jones nu binnen hun bedrijf Manometric een apparaat ontworpen dat deze problemen moet oplossen: een grote, holle, cilindervormige doos die in een fractie van een seconde een 3D-scan van een hand maakt. Op basis hiervan kan een 3D-printer een brace op maat maken die alleen stijf is op de plekken waar dat moet. ‘Dankzij een combinatie van flexibele en stijve materialen voelt hij soepel aan en is hij licht en ele­ gant’, vertelt Jones. ‘Dat komt ook doordat we met 3D-printen materialen kunnen gebruiken die minder irriteren en gemak­ kelijker schoon te maken zijn.’

Het idee om met een 3D-printer braces te maken, is niet nieuw. Eerdere pogingen liepen echter stuk op de ‘sluitertijd’ van de scanapparaten: die is met gemiddeld zo’n 10 s te lang om scherpe opnames te maken. ‘Juist mensen met een aan­ doening aan hun handen hebben vaak moeite ze zo lang stil te houden’, weet Jones. ‘Zelfs gezonde mensen vinden dit lastig.’

Het apparaat van Smakman en Jones reduceert de ‘sluitertijd’

tot een fractie van een seconde, en heeft een onnauwkeurig­ heid van maximaal 1 mm. ‘Huidige scanners gaan daar al snel met een factor vijf overheen; te onnauwkeurig om een goed passende brace te maken’, zegt Jones.

Manometric heeft het afgelopen jaar mensen met artrose ­benaderd om de brace te beproeven. Uit deze mini-trial bleek dat alle patiënten de 3D-geprinte brace verkiezen boven de ambachtelijk gemaakte. ‘We zetten nu samen met het Reinier de Graaf Gasthuis in Delft een groter onderzoek op met een controlegroep. Ook zijn we bezig met andere ziekenhuizen in de regio. Eind dit jaar hopen we de markt op te gaan.’

Op termijn valt ook te denken aan braces voor handaandoe­ ningen zoals gescheurde pezen. ‘Die komen in beeld zodra snel 3D-printen mogelijk is.’ (JA) juli 2018 | de ingenieur 7 | 43

beeld Elpedal

EUREKA

HYBRIDE FIETS Ontwerpers worstelen al decennia met het vraagstuk hoe ze de forens uit de auto krijgen. Woon-werk­ verkeer leidt immers tot lange files en slechte luchtkwaliteit, terwijl fietsen goed is voor mens en milieu. Aan de andere kant neemt de gemiddelde woon-werkafstand in Nederland alleen maar toe en werkt het weer ­natuurlijk ook niet altijd mee. De Noorse ingenieur Per Hassel Sørensen MSc ontwikkelde daarom de PodBike: een mens-elektrische hybride fiets die bescherming biedt ­tegen wind en ­regen.

Zijn bedrijf Elpedal presenteerde onlangs het eerste werkende proto­ type. De vierwielige fiets is 2,3 m lang en heeft een sterk gestroomlijnde cabine van 1,1 m hoog met plaats voor één persoon. Die zit in dezelfde positie als op een ligfiets, laag bij de grond, in een trans­ parante kunststof koepel met optimaal zicht. Om de instap te vergemakkelijken, kan deze koepel middels een parallellogramophanging naar achteren scharnieren. Daarbij komt ook de achterkant van de fiets omhoog.

Het chassis van de PodBike is grotendeels gemaakt van aluminium.

Langs de boven- en zijkanten van de stoel loopt een rolkooi van roestvast staal. Deze beugel beschermt de fietser bij een zijwaartse botsing of over de kop slaan. De carrosseriepanelen zijn gemaakt van vezel­ versterkte kunststof. De PodBike weegt zo’n 65 kg. Achterin is ruimte voor bagage of een zitplaats voor een kind tot zes jaar oud dat maximaal 25 kg mag wegen.

De PodBike heeft een seriehybride mens-elektrische aandrijving. Dat wil zeggen dat de pedalen niet mechanisch met de wielen zijn verbonden, maar een generator aandrijven. Zo wordt elektriciteit opgewekt voor de 44 | de ingenieur 7 | juli 2018

twee elektrische naafmotoren in de achterwielen.

Om makkelijk in- en uit te steken, kan de fiets ook achteruit rijden door de traprichting om te draaien.

De draaicirkel bedraagt 3,5 m. De naafmotoren kunnen de fiets ook verticaal zetten om echt strak te parkeren.

De ingebouwde accu van 400 Wh levert elektrische trapondersteuning tot een snelheid van 25 km/h.

Daarboven staat de fietser er alleen voor. Uit ­veiligheidsoverwegingen beginnen de elektro­ motoren boven een snelheid van 50 km/h het voertuig iets af te remmen. De accu biedt in ­combinatie met trapondersteuning een bereik van ­ongeveer 80 km.

Elpedal bouwt momenteel een 0-serie van twaalf voertuigen. Daarvan gaan er tien de weg op met testrijders. Begin 2019 wil het Noorse bedrijf de PodBike in Noorwegen in de markt zetten voor een prijs van 50 000 kronen (5250 euro). De rest van Europa volgt in 2020. (PS)

EUREKA

foto Ichó

DEMENTIEBAL De cognitieve vermogens van mensen met dementie gaan doorgaans snel achteruit. Een zachte, siliconen bal boordevol sensoren van de Duitse start-up Ichó moet dit aftakelings­proces vertragen en meer communicatie mogelijk maken.

De bal traint het geheugen van mensen met muziek en geluiden, en laat ze bewegen, zowel individueel als in groeps­ verband. ‘De ontwikkeling was niet eenvoudig. Maar we weten hoe afgrijselijk deze ziekte is en gaven niet op’, zegt Steffen Preuß BA, die net als de andere oprichters van Ichó zijn grootouders ten onder zag gaan aan ‘de volksziekte’. ‘Bedenk dat er wereldwijd elke drie seconden een patiënt bij komt.’

Een geheugentraining met Ichó verloopt bijvoorbeeld als volgt. Een van de patiënten schudt de bal heen en weer, waarna er een muziekje klinkt en de bal vrolijk oplicht.

De andere patiënten, kringsgewijs opgesteld, moeten dan zeggen – bijvoorbeeld met hand- en armgebaren – welk ­instrument ze horen, of hoe het nummer heet en wie het ­uitvoert. De therapeut beslist of het antwoord klopt, waarna de ­patiënt de bal doorgeeft aan een ander, die hem opnieuw schudt. ‘Dit werkt ook uitstekend met dieren­geluiden’, zegt Preuß. ‘Je moet dan zeggen welk dier er klinkt en waar dat meestal is te vinden.’

Motorische vaardigheden worden onder meer getraind met behulp van kleuren. Als de bal bijvoorbeeld na schudden geel wordt, moeten mensen een rondje lopen, groen houdt in dat

ze op de grond moeten gaan zitten. ‘Of ze moeten de bal over de tafel naar een ander rollen.’

De bal is daarnaast te bespelen als muziekinstrument. ‘Iedereen heeft dan een bal die via wifi is gekoppeld aan digitale instrumenten, bijvoorbeeld een gitaar of cello. Gezamenlijk vormen ze een orkest. We werken momenteel aan algoritmes om het samenspel harmonieus te laten klinken.’

Ichó begon ruim twee jaar geleden als een studentenproject aan de Universität Düsseldorf. Inmiddels is de interactieve bal bij diverse zorginstellingen succesvol getest; vanaf eind 2018 moet hij in stappen in heel Europa op de markt komen. ‘Het is een universeel en intuïtief te bedienen apparaat zonder taalbarrières.’ (JA)

Zou het niet ideaal zijn om alles – van vuile vaat tot kleding tot groente en fruit – te wassen in dezelfde machine?

Veel mensen vinden blijkbaar van wel, want de makers van de Sonic Soak, een compact apparaatje dat van alles en nog wat in een bak water grondig kan reini­ gen met ultrasoon geluid, haalde via crowdfunding 9532 procent van het ­beoogde startkapitaal op; in totaal ruim 2 miljoen dollar.

Sonic Soak is overigens niet bedoeld als directe vervanger van een wasmachine of vaatwasser. Het apparaatje is ontwikkeld als een kleine, draagbare reiniger voor ­alles wat in een gootsteen of een teiltje water past – zoals borden en bestek, ­babyspullen, speelgoed, lingerie, brillen, sieraden, tandenborstels of groente en fruit. Daar gaat dan een beetje wasmid­ del bij en ­natuurlijk de Sonic Soak, een roestvrijstalen cilinder met een lengte van 10,5 cm en een diameter van 3,5 cm.

Sonic Soak is een miniversie van systemen

foto Sonic Soak

ULTRASOON WASSEN

die al jaren worden gebruikt in ­medische en industriële toepassingen. Het apparaa tje brengt ultrasoon geluid voort met een frequentie van 50 000 trillingen per se­

conde. Ondergedompeld in water wekken deze geluidsgolven on­stabiele luchtbellen met een lage druk op. Deze komen in bot­ sing met de te wassen objecten en implo­ deren, waarbij een schokgolf ontstaat die vervuiling, zoals olie en bacteriën, weg­ blaast. Verse groente en fruit wordt ont­ daan van restanten bestrijdingsmiddelen, die door handmatig wassen niet helemaal verdwijnen.

De kleine afmetingen maken de Sonic Soak ideaal om mee te nemen op vakan­ tie. Zolang er maar een stopcontact in de buurt is, is hij te gebruiken. Via een timer op de stekkerunit is de tijdsduur van een wasbeurt in te stellen.

Sonic Soak kan per wasbeurt maximaal zo’n 1,8 kg aan kleding wassen. Verge­ leken met een gewone wasmachine ­verbruikt Sonic Soak slechts 10 % van de energie en 2 % van de hoeveelheid ­water. En doordat mensen het ultrasoon geluid niet kunnen horen, is het apparaa tje ook nog eens stil. (PS) juli 2018 | de ingenieur 7 | 45

foto’s Tennibot

EUREKA

BALLENRAPER Na een uurtje tennisles met het ballen­ kanon of een opslaande coach ligt de baan bezaaid met tientallen tot honder­ den tennisballen. Die allemaal oprapen kost tijd. Zoveel tijd zelfs dat dr. Haitham Eletrabi MBA, postdoctoraal onderzoeker aan de Auburn University in Alabama, er een geautomatiseerde oplossing voor bedacht: de Tennibot. Deze robot rijdt ­tijdens de les over de baan en verzamelt keurig netjes alle ballen.

De ruim 90 cm lange robot bestaat uit een kop met daarin alle techniek en daarachter een langwerpig frame met een ballenmand. Voorin zitten aan weerszijden elektrisch aangedreven wieltjes waarmee de robot een snelheid van 2,3 km/h haalt. Boven in de kop ­bevindt zich een camera met breedhoek­ lens en sensoren om te registreren waar de tennisballen liggen. Een processor ­bepaalt vervolgens wat de meest effi­ ciënte route is van bal naar bal. Dat is nog best een uitdaging, aangezien er continu nieuwe ballen bij komen.

Via een smartphoneapp is aan te geven 46 | de ingenieur 7 | juli 2018

waar op de baan Tennibot mag komen, zodat hij tijdens een les tegen niemand op rijdt. De robot is uitgerust met senso­ ren om zijn locatie op de baan te bepa­ len. Bovendien communiceert hij continu via wifi met een basisstation dat op een van de netpalen wordt aangebracht. Dit station is voorzien van een camera die de locatie van de robot volgt en bewaakt.

Tennibot zelf lijkt een beetje op een ­robotkrab, die tijdens het rijden met zijn twee scharen tennisballen naar zijn mond toe brengt en naar binnen zuigt.

De scharen, of geleiders, zijn zo gevormd dat ze ook ballen die tegen het net of het hek liggen richting de mond kunnen ­bewegen. In de mond van de robot ­ zitten twee ronddraaiende wielen die de tennisballen naar binnen trekken en naar achteren toe wegschieten. Ze lan­ den in het mandje met plek voor tachtig ballen. Op een volle accu houdt de robot dat vier uur vol. Een lege accu helemaal opladen duurt zo’n anderhalf uur.

Aan het eind van de dag, als de baan ­helemaal leeg is, kan de coach de 11 kg

zware Tennibot aan het frame vast­ pakken en de robot als een trolley weg­ rijden. Het mandje kantelt daarbij netjes in de horizontale stand zodat er geen ballen uit vallen.

Eletrabi richtte onlangs het bedrijf Tenni­ bot op en haalde via crowdfunding het benodigde startkapitaal bijeen om de ­robot in productie te nemen. (PS)

Tijdens zijn studie informatica aan de Universität Wien bouwde en programmeerde de Oostenrijker Rustem Akishbekov BS de ene na de andere robot.

Fascinerend vonden zijn vrienden dat, maar als digitale analfabeten snapten ze maar niet hoe hij dat flikte. ‘Vanaf dat moment besloot ik te werken aan een instap-robotkit waarvoor geen ­programmeerkennis nodig is’, zei ­Akishbekov in 2015.

Dat lijkt hem nu te zijn gelukt. De Oostenrijkse informaticus lanceerde dit voorjaar binnen de start-up Robo Wunderkind een robotkit voor kinderen ­vanaf vijf jaar. De kit bestaat uit verschillende LEGO-achtige bouwblokjes met sensoren, cameraatjes, motortjes en controllers. Via een speciaal ontwikkelde connector zijn die aan elkaar te koppelen. De kleur van de blokken geeft min of meer aan wat de functie is. Zo staat blauw voor een motorblok, rood voor een bepaald sensorblokje en oranje voor het blokje met de controllers. Daarnaast zijn er losse onderdelen, ­zoals wieltjes en ledjes.

Het bouwsel is op een speelse manier te programmeren via een app, waarin de blokjes als gekleurde icoontjes zijn weergegeven. Kinderen kunnen die vervolgens verslepen om ze een functie te geven. Daarna moeten robots bijvoorbeeld kunnen rijden, foto’s maken, de huiskamer bewaken of het weer­ bericht vertellen. De blokken zijn te combineren met LEGO, waardoor het ook mogelijk is een LEGO-bouwsel te ­laten rijden.

Er is ook gedacht aan oudere kinderen die het gesleep met icoontjes op een gegeven moment beu zijn. De robotkit is te koppelen aan Scratch, een taal waarmee ingewikkeldere functies zijn te programmeren. (JA)

Een rollende knikker tikt een dominosteen om. De domino­ steen valt op de aanknop van een motor die begint te draai­ en en een touw om zijn as wikkelt. Aan het touw zit een ­gewicht dat opgetild wordt totdat ... U kent ze wel: ket­ tingreactieopstellingen, ook wel bekend als Rube Goldberg machines. Vernoemd naar de cartoonist die extreem ­c­omplexe machines voor simpele taken tekende. Video’s van Rube Goldbergs op YouTube zijn razend ­populair. Het mooiste voorbeeld is de videoclip van OK Go’s nummer This too shall pass. Google het maar.

Ik snap de populariteit van Rube Goldbergs wel. Er is veel creativiteit nodig voor het maken van een onnozel, onno­ dig ingewikkeld apparaat. Dat levert topentertainment.

Maar nog leuker dan naar Rube Goldbergs kijken, is ze zelf ­maken. Dat kan al met simpele materialen die iedereen in huis heeft. Met karton, elastiek en ducttape kom je een heel eind. En terwijl je bezig bent met een Rube Goldberg, ben je continu ingenieursvraagstukken aan het oplossen: hoe lang moet deze balk zijn? Onder welke hoek moet ik deze koker plaatsen zodat de knikker snel genoeg gaat?

Los ik dit probleem mechanisch of elektrisch op? Het type vragen waar een ingenieur dagelijks mee te maken heeft.

En je kunt niet vroeg genoeg beginnen met oefenen om zulke vraagstukken op te lossen.

Het maken van een Rube Goldberg kun je daarom prima gebruiken als technische onderwijsactiviteit. Dat realiseer­ den mijn maakmakkers Astrid Poot en Per-Ivar Kloen zich ook. Zij bedachten de Maakchallenge in aanloop naar de FabLearn-conferentie en Maker Faire in Eindhoven van 28 tot en met 30 september. De opdracht: maak in een ver­ huisdoos een Rube Goldberg. Zet voor 15 september een video van je machine op YouTube of stuur hem in per e-mail. De mooiste, gekste, langste en onnozelste Rube Goldbergs worden uitgenodigd op de Maker Faire.

De Maakchallenge heeft als doel docenten te inspireren om Rube Goldbergs in te zetten als een heerlijke, creatieve techniekles. Met kleuters werk je alleen met knikkers, bij ons op de TU gaan we met inductie aan de gang, en alles tussen die twee uitersten in is ook leuk. Met een hele klas kun je zelfs de actie doorgeven: de knikker rolt de doos van de ene leerling uit en die van de ander in.

Ook buiten het leslokaal en de collegezaal is een Rube Goldberg bedenken en in elkaar zetten leuk. Zit je op een regenachtige zomerdag met de kinderen of je huisgenoten thuis en verveel je je? Pak een verhuisdoos en doe mee.

Lekker een dag lang klooien met rollende knikkers, bran­ dende lampjes, veren, elastieken en alle andere manieren waarop je energie kan omzetten.

Zelf aan de slag? Alle benodigde info is te vinden op ­https://makereducation.nl/challenge

ROLF ZAG EEN DING

foto Robo Wunderkind

INSTAPMODEL

MAFFE MACHINES

Dr.ir. Rolf Hut is universitair docent aan de TU Delft, maker, spreker en schrij­ver. In zijn column kijkt hij naar dingen die misschien geen hoogwaardig inge­nieurs­werk uitstralen, maar wel getuigen van denken als een ingenieur.

juli 2018 | de ingenieur 7 | 47

SciSports kent aan profvoetballers een objectieve score toe, de SciSkills Index. Die wordt berekend op basis van de resultaten van het team en persoonlijke acties.

SCISPORTS MEET HOE GOED VOETBALLERS ZIJN

Scoren met data

Van topvoetballers als Messi en Neymar ziet iedereen wel hoe goed ze zijn.

Maar op een niveautje lager is dat minder duidelijk. In dat gat springt SciSports, een Twents bedrijf dat de kwaliteiten van duizenden profvoetballers in getallen giet waar clubs en scouts hun voordeel mee kunnen doen. tekst ir. Jim Heirbaut illustraties SciSports

H

et droevige WK-zonder-­ Nederland bereikt bij het uitkomen van deze editie bijna zijn climax. Wekenlang hebben we al kunnen genieten van de schijnbewegingen, tackles en schoten op doel van publiekslievelingen als Lionel Messi, Cristiano Ronaldo en Neymar. Maar wie zijn de toppers van de toekomst? Welke jonge spelers van een jaar of 18 à 20 hebben het in zich om net zo goed te worden als deze voetbalhelden? Dat is de vraag waar

48 | de ingenieur 7 | juli 2018

clubs en voetbalscouts van over de hele wereld zich mee bezighouden.

Want als je nu een talent weet te spotten, kan zo’n speler niet alleen je club succes brengen, maar op termijn ook tientallen miljoenen opleveren, als je hem verkoopt aan een topclub.

Maar hoe méét je talent? Op die vraag denkt SciSports een antwoord te hebben. Het Twentse bedrijf, opgericht door Giels Brouwer BSc en Anatoliy Babic MSc, heeft een manier bedacht om aan een voetballer een

objectieve score toe te kennen. Deze zogeheten SciSkill Index wordt in de eerste plaats berekend op basis van de resultaten van het clubteam van de voetballer. Daarnaast tellen persoonlijke acties mee bij het berekenen van de SciSkill Index, zoals doelpunten, assists en goede passes, maar ook het aantal gele en rode kaarten. SciSports heeft een wiskundig model ontwikkeld om al deze data in te gieten en daaruit getallen te destilleren die de voetbalkwaliteit weergeven. Voor

SciSports analyseert de data van ruim 90 000 voetballers in binnen- en buitenland. Meer dan de helft van alle eredivisieclubs zijn klant van het Twentse bedrijf.

scouts is het nuttig dat het bedrijf voor elke speler ook een plafond berekent: hoe goed kan deze jongen of meid worden?

Niet uit de verf Een voorbeeld: Wout Weghorst speelde een paar jaar geleden nog bij de eerstedivisieclub FC Emmen. Daar had hij niet eens een basisplaats, maar mocht hij alleen af en toe invallen. ‘Onze data lieten echter zien dat hij in de weinige minuten die hij speelde behoorlijk veel scoorde’, vertelt Babic. ‘En daar gaat het om bij voetbal.’ Weghorst maakte een transfer naar Heracles uit Almelo. Daar werd hij in het ­seizoen erop

clubtopscorer. Voor een transfer­bedrag van 1,5 miljoen euro verkaste hij vervolgens naar de subtopper AZ uit Alkmaar, waar hij een van de vaste krachten is. AZ draaide een prima seizoen en eindigde op de derde plaats van de Eredivisie.

Nu lijkt Weghorst een transfer te maken naar Wolfsburg, uit de sterke Duitse competitie. De boodschap van SciSports: het is niet altijd op het eerste gezicht duidelijk wat de potentie van een jonge voetballer is, maar hoe meer statistieken je

WAT IS EEN PASS WAARD? Spelers die de bal zo kunnen klaar­ leggen dat een spits ermee scoort, zijn net zo goed goud waard als de goaltjesdieven zelf. Maar het is lastig om een pass goed en objectief te waarderen, vertelt wiskundige Anato­ liy Babic van het Twentse SciSports, dat objectieve scores probeert toe te kennen aan voetballers.

Babic illustreert dat met twee video­ fragmenten uit een voetbalwedstrijd.

Eerst zien we een briljante pass van een verdediger over de hele diago­ naal van het veld, waar de spits de

bal uit de lucht plukt, voor zijn goede been legt en uithaalt; de bal schiet net naast het doel. Daarna toont Babic een filmpje van een simpel steek­ passje op Lionel Messi – de beste voetballer ter wereld – die twee ­tegenstanders uitspeelt en van net ­buiten het strafschopgebied een doel­ punt maakt. ‘Het probleem is dat de eerste pass veel knapper is, maar dat er geen doelpunt uit volgt terwijl de tweede pass simpel was, maar Messi eruit scoorde. Dus hoe waardeer je dan die twee passes?’, legt Babic het

probleem uit. ‘Op dit moment gebrui­ ken we data-analysetechnieken die iedere pass vergelijken met alle pas­ ses uit het verleden in onze database.

Op deze manier berekenen we de ­gemiddelde bijdrage van een pass aan het resultaat. In de toekomst ­willen we eigen camerabeelden gaan gebruiken om hier nog dieper op in te gaan. We kunnen dan bijvoorbeeld beslissingen van spelers analyseren: is het überhaupt slim om hier te passen of had je beter een individuele actie kunnen doen?’

juli 2018 | de ingenieur 7 | 49

Impressie van het programma BallJames. Te zien is wie een speler is, waar hij loopt, hoe snel hij gaat en de totale afgelegde afstand.

verzamelt, des te beter je een inschatting kunt maken van zijn kwaliteiten.

En de analyse van SciSports gaat steeds dieper.

Inmiddels analyseert het bedrijf ook schot­ patronen. Hoe goed schiet iemand op doel? Wat is de success rate? Waar gaan de schoten heen?

Doelpunten worden natuurlijk ook meegenomen, maar let op: een doelpunt is niet altijd hetzelfde waard. Als een speler altijd de 4-0 maakt, levert hij niet zoveel op voor een team. Een club heeft liever een speler die vaak de winnende treffer maakt; de 1-0 of de 3-2. Dan is er nog het type speler dat misschien niet zo opvalt, maar élke keer dat hij speelt, presteert zijn team beter; ook daar is SciSports naar op zoek.

Verder maakt het uit in welke competitie een speler meespeelt. Is een speler actief in een sterke competitie zoals die van Duitsland en wint hij daar met zijn team wedstrijden, dan zal zijn ­SciSkill Index sneller stijgen dan wanneer hij dat doet in een zwakkere competitie, zoals die van Oostenrijk.

Stadionscan Het verzamelen van de data van voetbalwedstrijden gebeurt nu nog door alle beschikbare data in te kopen. Er zijn speciale bedrijven waarvan de medewerkers een wedstrijd nauwgezet volgen en alle acties registreren. Ze noteren bijvoorbeeld ‘in de 27e minuut krijgt speler X een gele kaart’ of ‘in minuut 35 schiet Messi op de lat vanaf een plek vlak buiten het strafschopgebied’. Die informatie is echter lang niet altijd accuraat. ‘In de praktijk blijken de waarnemers vaak kleine foutjes te maken’, zegt Babic. ‘Zoals de plek op het veld waar iets gebeurt; daar zitten ze vaak een paar meter naast.’ SciSports werkt dan ook hard aan een geauto­matiseerde manier om alle gebeurte50 | de ingenieur 7 | juli 2018

nissen van een voetbalwedstrijd te verzamelen. Zelf spreekt het bedrijf van ‘een soort MRI-scan van een voetbalstadion’. Dat is een ambitieuze onderneming, want bij het systeem BallJames dat het bedrijf hiervoor heeft ontwikkeld, staan in een voetbalstadion op de tribunes veertien camera’s die de hele wedstrijd filmen. Door alle beelden in de computer te combineren, ontstaat een driedimensionale weergave van alle spelers en de bal van seconde tot seconde. Dankzij de flinke vooruitgang in machine learning kan de software op de driedimensionale beelden ­herkennen waar een speler is, wie het is (computers zijn goed in het

Misschien kan die ene spits nog wel 5 % harder trappen identificeren van rugnummers) en welke houding hij heeft. ‘Als je steeds weet op welke posities welke spelers staan, kun je hieruit de events bepalen. Wat gebeurt er? Een pass door de lucht bijvoorbeeld: van wie naar wie gaat hij? En komt hij aan?’

SciSports legt de lat behoorlijk hoog met BallJames, want het bedrijf wil dat het systeem in de toekomst zelfs details van de lichamen van de voetballers op een veld gaat aflezen, zoals de exacte houding wanneer een voetballer loopt of tegen een bal trapt. Daardoor zou de trainer namelijk informatie kunnen krijgen over de techniek van zijn spelers.

Die ene jongen die zo gevoelig is voor blessures: misschien is zijn looptechniek wel niet helemaal optimaal. Of die spits: misschien kan hij nog wel 5 % harder tegen een bal trappen als hij zijn techniek een beetje verandert.

En de voetbalscouts: zijn die niet bang dat ze door de technologie van SciSports hun baan kwijtraken? ‘Die geluiden hoorde je in het begin weleens, maar inmiddels zien ze in dat onze producten een aanvulling zijn op hun gereedschapskist. Ze kunnen er beter door gaan scouten. Ze hoeven bijvoorbeeld minder vaak naar de echt kleine wedstrijden toe te gaan; onze data-analyse doet dat deel van het voorwerk. En als een speler op basis van onze data interessant lijkt, dan gaat de scout ­daarmee aan de slag.’ |

PETER-PAUL VERBEEK

CARLO VAN DE WEIJER

VANESSA EVERS

FELIENNE HERMANS

PODIUM

LINKSE ELITE?

Dr.ir. Felienne Hermans is universitair docent aan de TU Delft, waar ze onderzoek doet naar end-user programming.

Ik dacht deze keer een onderwerp te hebben waar ik écht over wil schrijven: techniekpromotie. Albert Heijn bracht in juni een g ­ eweldige set techniekplaatjes uit vol met informatie, maar ook met knutselopdracht en programmeerpuzzels. Schitterende en effectieve ­techniekpromotie!

Helaas is er een ander onderwerp dat mijn aandacht nodig heeft: Paul Cliteur (Forum voor Democratie) riep op tot verzet van studenten tegen hun ‘linkse’ docenten.

Enerzijds is het een oproep van alle t­ ijden: al jaren horen we over links stemmende, geitenwollensokken dragende docenten die arme kinderbreintjes overspoelen met het levensgevaarlijke idee dat mensen die minder hebben soms best een steuntje in de rug kunnen gebruiken. ­Anderzijds is het ook een teken van de tijd dat voorname­ lijk rijke, hoogopgeleide, witte jongens het gevoel hebben dat juist zij worden onderdrukt.

Het idee van een links, elitair docentencorps is gemak­ kelijk te weerleggen. Ten eerste is het natuurlijk idioot om linkse docenten als de elite af te schilderen. We zijn aan ons derde fingerlicking rechtse kabinet bezig, de ­basisbeurs is afgeschaft en het onderwijs wacht nog steeds op de beloofde 1 miljard. Niet alleen in Neder­ land, maar ook binnen de wetenschap zwaait rechts de scepter: de baas van de Vereniging van Universiteiten is een neoliberaal zonder ervaring in de wetenschap en het idee van de universiteit als geld­fabriekje is alledaagse

werkelijkheid geworden. Zie bijvoorbeeld het aantrekken van winstgevende buitenlandse studenten en de focus op voor het bedrijfsleven toepasbaar en daarmee waardevol onderzoek. Dan kunnen we met zijn allen GroenLinks stemmen wat we willen, de universiteit zelf is een rechts instituut in een rechts klimaat.

Ten tweede is daar de gekke illusie dat studenten naar docenten luisteren. Studenten maken hun eigen keuzes en dat blijkt ook uit het feit dat docenten vooral Groen­ Links of D66 stemmen en studenten vooral VVD. Als je veel wind mee hebt in het leven (en dat heb je als je aan een universiteit studeert), dan lijkt de VVD een logisch keus. FvD is daarvan in de ogen van studenten het modieuzere en dapperdere neefje. FvD’ers zeggen lekker waar het op staat en durven hun mooi in maatpak gestoken kont tegen de krib te gooien. Je denkt toch niet dat een docent daar ook maar iets tegen in kan brengen?

Ik kan ze niet eens zo ver krijgen dat ze de deadlines voor opdrachten bekijken die ik ieder college voorlees en in koeienletters op internet publiceer!

Cliteur geeft al decennia les en weet dus best dat studen­ ten echt niets te vrezen hebben van indoctrinatie door linkse docenten. Zijn oproep heeft dan ook een ander doel: hij haalt al bij voorbaat de wind uit de zeilen van mensen die zich zorgen maken over een steeds rechtsere (studenten)populatie. Dat zijn immers van die nare, linkse doordrammers.

INBOX Naïeve visies Er valt in De Ingenieur altijd veel te genieten. Sommige onderwerpen wor­ den echter wat eenzijdig belicht. Neem zelfrijdende auto’s. Daar worden ons toekomstvisies geschilderd die lijken af te hangen van wat mensen willen: meer veiligheid, meer autonomie, een scho­ nere wereld met deelauto’s, of werkend, slapend of gezellig converserend naar je bestemming reizen (zie bijvoorbeeld het meinummer van De Ingenieur). Wat deze, en bijna alle getoonde visies, heel naïef (of misleidend) maakt, is dat ze uitgaan van een vraaggestuurde markt.

Dat is de markt niet: de auto-industrie is bijna volledig aanbodgestuurd. Het zijn ondernemingen die winstvergroting nastreven. De auto-industrie gaat geen

deelauto’s propageren als daardoor min­ der auto’s worden verkocht. Het eerste streven, decennia geleden, was elk gezin één auto, toen twee auto’s per gezin.

Nu zorgen grotere auto’s ervoor dat de oudere, kleinere, als onveiliger worden ervaren, en worden die vervangen. Toen jonge gezinnen in de stad geen nut meer zagen in autobezit en zich massaal tot het openbaar vervoer wendden, zocht de auto-industrie ook daarop een antwoord en dat is individueel autonoom vervoer: daarmee concurreren ze met het open­ baar vervoer. De opgegeven reden, dat door zelfrijden het autovervoer veiliger is te maken omdat de meeste ongelukken te wijten zijn aan menselijke fouten, is een drogreden. Want hoe gaan we onge­

lukken tussen autonome auto’s noemen?

Botsende satellieten door verkeerd bere­ kende banen zijn immers ook nog steeds te wijten aan ‘menselijke fouten’. En dat er door menselijke inschattingsfouten verkeersongelukken gebeuren, wil niet zeggen dat ze zijn te vermijden. Het aan­ tal verkeers­ongelukken is per gereden autokilometer al ongelooflijk laag. Laat je niet bedotten.

Dr.ir. Ward van der Houwen, Groningen Correctie In het bericht ‘Intelligente rollator rolt uit fabriek’ in het juninummer van De Ingenieur stonden twee onjuistheden: Maja Rudinac is dr.ir., niet dr.ing., en de rollator beschikt niet over stemcommando’s.

Wilt u reageren op een artikel in De Ingenieur? U kunt uw brief, bij voorkeur niet langer dan driehonderd woorden, mailen naar redactie@ingenieur.nl of sturen naar De Ingenieur, Postbus 30424, 2500 GK Den Haag. De redactie behoudt zich het recht voor brieven in te korten en te redigeren of te weigeren.

juli 2018 | de ingenieur 7 | 51

De marechaussee wil zijn inzet van personeel bij de grensbewaking van Schiphol zo goed mogelijk afstemmen op het aantal passagiers dat zijn paspoort moet laten zien. Sinds kort experimenteert de dienst met een tool die realtime informatie van aankomende en vertrekkende vluchten gebruikt. tekst ir. Frank Biesboer

PLANNINGSTOOL HELPT MARECHAUSSEE OP SCHIPHOL

Paspoortcontrole neemt een vlucht

H

foto Koninklijke Marechaussee

et is weer eens druk op Schiphol. Al vroeg heeft Joost Willems de lijst van vluchten gekregen die zijn grensbewakingsteam van de Koninklijke Marechaussee die dag moet ‘verwerken’. Dat betekent paspoort- en visumcontrole, nagaan of mensen niet op lijsten van mensensmokkelaars of van Interpol staan, het tegengaan van illegale migratie enzovoort. Heel wat meer dus dan de meesten van ons als gewone reizigers ervaren wanneer we op de luchthaven het Schengengebied verlaten.

Rond een uur of tien in de ochtend en vroeg in de middag worden de grootste pieken verwacht. Willems

52 | de ingenieur 7 | juli 2018

polst bij collega’s van andere teams of hij personele bijstand kan krijgen. Dat lijkt te lukken; hij kan zijn planning rondmaken. De teamleden weten wie wanneer welke post moet bezetten.

Zo planmatig als de dag begint, zo ongewis is het verloop. Verschillende vluchten zijn vertraagd; de ochtendpiek verschuift naar 11.00 uur en is dan ook nog eens extra groot. Tijdens de lunchpauze komen er extra buspassagiers vanwege een vlucht die van pier is verwisseld. ‘Gaan passagiers door de slurf, dan krijg je vanzelf spreiding richting grensbewaking, maar met zo’n bus komen ze allemaal tegelijk.’

Het is improviseren. De wachttijden voor de passagiers lopen op, de marechaussee probeert er het beste van te maken. ‘Het probleem is dat we niet proactief kunnen sturen’, zegt plaatsvervangend brigadecommandant grensbewaking Jorrit Greydanus. ‘De informatie dat vluchten later komen, is op een gegeven moment wel beschik-

Grenscontrole op Schiphol door de mare­ chaussee. Sinds twee maanden helpt een tool het militaire politiekorps tijdens een pilot om zo goed mogelijk te reageren op wat er gebeurt.

baar, maar dan zouden we permanent de vluchtlijsten moeten controleren en dat komt er niet van.’

Maar dat gaat veranderen. Want inmiddels experimenteert de marechaussee zo’n twee maanden met een planningstool die alle vluchtinformatie verwerkt en mogelijke knelpunten in de bezetting aangeeft. Greydanus: ‘We kunnen hiermee op elk moment zo’n twee uur vooruit kijken en de planning van personeelsinzet tijdig aanpassen.’

Vliegtuigcapaciteit De planningstool beschikt over de actuele gegevens van aankomende vluchten, de tijd die passagiers nodig hebben om bij een van de vijf posten van de grensbewaking te komen, en de personele bezetting ter plekke. ‘Verder hebben we aan vluchten profielen toegevoegd. Van sommige weet je dat er meer controletijd nodig is dan van andere. En we kunnen nu ook beter rekening houden met specifieke kwa­

De grenspost met op dat moment het grootste probleem wordt als eerste getoond, blauw gemarkeerd. Aangegeven is de geplande bezetting (7) en wat er nodig is (10).

Bij een grenspost geeft de kleur rood een toename van het aantal te controleren passagiers aan, groen een vermindering ervan.

Screenshot van de planningstool die de marechaussee gebruikt op Schiphol. De tool verwerkt alle vluchtinformatie en geeft knelpunten in de bezetting aan.

illustratie OpenRemote

Een van de vluchten heeft een oranje profiel, wat wil zeggen dat deze extra controletijd vereist. (Er zijn ook vluchten met een rood profiel.)

Om 21.38 uur is de oranje tijdmarker van 22.25 uur aangeklikt.

lificaties die voor een bepaalde vlucht nodig zijn, bijvoorbeeld het spreken van een vreemde taal.’

Op het scherm van zijn laptop speelt teamleider Willems de door hem beschreven dag na. ‘Om 9.00 uur krijgen we een signalering dat de piek verschuift naar 11.00 uur en dat we dan een knelpunt hebben.

Ik kan nu voorbereidingen treffen in plaats van achter de feiten aan te lopen.’ Wat hem heeft verrast, is het effect van de zogenoemde bus­ passagiers. ‘Natuurlijk wisten we van de drukte die dat geeft, maar nu zie je veel duidelijker wat het verschil is.’

Verder spreekt hem aan dat de prognoses zijn gebaseerd op de capaciteit van de vliegtuigen. ‘Het is nu niet meer alleen ‘er komt een vlucht uit land x’, maar ook ‘zoveel passagiers kan die vlucht maximaal bevatten’. Daar kunnen we dan in onze planning rekening mee houden.’

Toeters en bellen De planningstool heeft een bijzondere geschiedenis. Hij is bedacht door de start-up OpenRemote, die software ontwikkelt om bestaande datastromen te ontsluiten en inzichtelijk te maken voor plannings­ doelen. ‘Dat kan net zo goed een ziekenhuis of de haven van Rotterdam zijn als de grensbewaking op Schiphol’, zegt ir. Pierre Kil, CEO van OpenRemote.

In 2016 won Kils bedrijf met de Schipholtool de innovatieprijs van het Ministerie van Justitie en Veiligheid. Daarbij hoorde een bedrag van 200 000 euro om de applicatie daadwerkelijk toe te passen. ‘Dat we nu een werkend systeem hebben, komt doordat we heel dicht bij het

werkproces van de marechaussee zijn gaan zitten Zo moesten we de eerste opzet van ons waar­ schuwingssysteem omgooien. We hadden de ­aanduiding op het scherm dat er een wachtrij zou ­ontstaan veel te ingewikkeld gemaakt. De constatering ‘de wachtrij overschrijdt twintig minuten’ plus de verwachte extra wachttijd bleek voldoende.’

Kil koos er ook voor het programma niet te uitgebreid te maken. ‘Voor je het weet, komen er allemaal toeters en bellen bij waardoor het zicht op het basisproces verloren kan gaan.’

Toch leeft er bij de marechaussee de wens om nu wel met die toeters en bellen aan de slag te gaan. ‘We zouden graag passagierslijsten in het planningssysteem opnemen’, zegt Greydanus.

‘Daarmee kunnen we de risicoprofielen van vluchten verfijnen.’

De applicatie in zijn huidige vorm is daar niet geschikt voor, want die draait op het internet. ­‘Toevoeging van dat soort vertrouwelijke gegevens kan alleen in een gesloten omgeving.’ De marechaussee is nu aan het uitzoeken hoe de plannings­ tool daarin is onder te brengen. ‘De mensen die ermee werken, willen niet meer zonder.’ | juli 2018 | de ingenieur 7 | 53

DE ONMISBARE ROL VAN PRECISIEJAGERS Of het nu om een smartphone gaat of de motor van een auto: dit soort apparaten functioneert alleen maar goed dankzij precisie. Het boek Exactly zet die kwaliteit in de schijnwerpers.

MEDIA

Het onderwerp is een vondst, en geoloog Simon Win­ chester schrijft er beeldend over: hoe precisie heeft geholpen de moderne wereld te creëren. Nadeel van zo’n onderwerp is dat het is terug te vinden in vrijwel alles waarmee we ons omringen, of het nu gaat om de tablet, het gps-signaal of de ­koffiemaler. Dat maakt een alomvattende behandeling onmogelijk.

Winchester bedacht daarvoor een slimme oplossing: in elk hoofdstuk bespreekt hij een bepaald voorbeeld, waarbij er steeds nieuwe precisiefactoren bijkomen.

Als eerste behandelt Winchester de cilinder van de stoommachine. Die werd indertijd gemaakt door een ijzeren plaat zo goed mogelijk rond te buigen, maar erg precies werd dat nooit. Gevolg daarvan was dat de zuiger bij zijn arbeidsslag grote stoom­ wolken lekte. Ene John Wilkinson had voor het maken van kanonnen geleerd hoe hij de loop moest uitboren en die methode paste hij onder leiding van James Watt ook toe bij de stoommachine. Uit een massieve cilinder boorde hij een mooi rond gat, waardoor de zuiger nauwelijks meer lekte.

Zo bouwt Winchester zijn hele boek op: met prettig

54 | de ingenieur 7 | juli 2018

De grens van het mogelijke Een ander voorbeeld daarvan is te vinden in het hoofdstuk over de verkeerd geslepen spiegel van de Hubble-ruimtetelescoop, een precisiewerkje tot op de micrometers. Daar ging iets fout omdat het instrument waarmee het oppervlak van de spiegel werd gemeten een afwijking had van 1,3 mm. Dat werd door niemand opgemerkt, totdat Hubble zijn eerste onscherpe beelden naar de aarde stuurde.

Uiteindelijk moest de lensfout in de ruimte worden gecorrigeerd met bijzetlenzen.

Winchester bespreekt ook de nieuwste generatie ­lithografiemachines van ASML die werken met

EENZIJDIG EERBETOON

Chasing New Horizons geeft een interessant, maar weinig objectief kijkje achter de schermen van de missie naar Pluto.

onder redactie van ir. Frank Biesboer m.m.v. ir. Jim Heirbaut, drs. Jean-Paul Keulen en drs. Enith Vlooswijk

leesbare anekdotes, elk geplaatst in zijn historische context. Het spannendst is het hoofdstuk over de straalmotor, waarbij hij het eerste ongeluk met een Airbus A380 (november 2010) behandelt: tijdens de vlucht vliegt een van de vier straalmotoren in brand.

Terwijl de schoepen van de turbine door Rolls-Royce met uiterste precisie zijn gemaakt en voorzien van koelkanalen, blijkt een pijpje dat smeerolie aanvoert niet goed geboord. Uiteindelijk barst dat open, waardoor de olie in brand vliegt. Het is het moment waarop Winchester vaststelt dat precisie al zo ver is gevorderd dat de mens er de belangrijkste belem­ mering van is geworden.

Het was onmiskenbaar een van de grote ruimtevaartmijlpalen van de afgelopen jaren: de scheervlucht die het NASA-­ ruimtescheepje New Horizons in de zomer van 2015 maakte langs de verre dwerg­ planeet Pluto en zijn manen. In Chasing New ­Horizons is nu de lange voorgeschiedenis en het ­verloop van deze missie opgetekend.

Hoewel het boek is geschreven door de zijdelings bij de missie betrokken planeetwetenschapper David Grinspoon, is de hoofdpersoon principal investigator Alan Stern. In detail behandelt het boek diens decennialange strijd om een missie naar Pluto goedgekeurd te krijgen, waarbij tal van ont­ wikkelingen in het ruimtevaartwereldje roet in het eten dreigen te gooien.

Nadat de missie eindelijk in de planning staat, is Stern ook degene die de knopen doorhakt. Daarbij schroomt hij niet om tegen de stroom in te zwemmen. Teke­ nend is ­bijvoorbeeld het moment waarop hij een lancering annuleert, nadat letter­ lijk alle andere betrokkenen hun go heb­ ben gegeven. De reden: het voor de mis­ sie ­verantwoordelijke lab loopt ­vanwege een stroomstoring op zijn back-upgenera­ tor. Een risicofactor dus, en als iets Sterns beslissin­ gen typeert, dan is het wel dat hij absoluut niets toestaat dat zijn langgekoesterde trip naar Pluto in gevaar kan brengen.

Slinke plannen Op zich zijn de volharding en de eigenzinnigheid van Stern inspirerend te noemen – maar dat komt ook doordat Grinspoon het boek niet als een objec­ tieve buitenstaander heeft geschreven. Als Stern bijvoorbeeld het concurrerende ruimtevaartlab JPL

illustratie ASML

AI-COLLEGE In een nieuw online college kunnen geïnteresseerden zich gratis verdiepen in de ethische vragen rond kunstmatige intelligentie.

extreem ultra­violet licht. Daarmee is het mogelijk chips te maken met een nauwkeurigheid van enkele nanometers. Hier signaleert Winchester een nieuw fundamenteel probleem in de jacht op precisie: we komen aan de grens van wat fysisch nog mogelijk is.

Hoewel: er is ook nog een ander domein, namelijk het meten met grote precisie. Als meest sprekende voorbeeld behandelt Wichester de detectoren voor zwaartekrachtgolven, die in staat zijn de kleinst mogelijke lengteverandering te registreren. Dat brengt Winchester tot een andere, haast filosofische constate­ ring: voor het meten van de kleinste precisie hebben we steeds grotere apparaten nodig. (FB) EXACTLY. HOW PRECISION ENGINEERS CREATED THE MODERN WORLD | 396 Blz. | € 19,95 (e-book € 13,54)

van allerlei slinkse plannen beschuldigt om zijn Plutomissie onderuit te halen, wordt er niemand van JPL aangehaald om dat te bevestigen of te ontkrachten.

Verderop maakt Grinspoon de degradatie van de status van Pluto van planeet naar dwergplaneet vooral belachelijk; ruimte voor een genuanceerd enerzijds-anderzijds-verhaal is er niet.

Wel wordt en passant nog even de astronoom die ervoor gezorgd zou hebben dat Pluto zijn planeetstatus verloor ervan beschuldigd dat hij een persoonlijke wrok zou koesteren ­richting Pluto-ontdekker Clyde Tombaugh. Waarom dat dan zo zou zijn geweest, lijkt echter niemand te weten.

Chasing New Horizons is daarmee een mooi modern voorbeeld van Churchills veelgeciteerde uitspraak: ‘De geschiedenis wordt geschreven door de overwinnaars.’ Toegegeven: die overwin­ ning mag er in dit geval zeker zijn. New Horizons was een krachttoer die een schat aan nieuwe informatie opleverde over Pluto en zijn manen en die het publiek bovendien weer even enorm enthousiast wist te krijgen voor ruimtevaart. Toch: bij een volgende missie zou het fijn zijn als een wat onafhankelij­ ker auteur de pen ter hand zou nemen. (JPK)

ROBOTS IN SOCIETY: BLESSING OR CURSE? | via edX | gratis | ­minimaal tot eind 2018

illustratie TU Delft/CC BY-NC-SA 4.0

Met extreem ultraviolet licht maakt de machine van ASML de kleinst mogelijke halfgeleider­s­­­tructuren.

Artificial intelligence is een wat frustrerend onderwerp.

Aan de ene kant roept het bloeiende vakgebied allerlei intrigerende vragen op, zoals: hoe laten we een zelfrijdende auto beslissen over leven en dood? En als robots straks echt intelligent zijn, moeten we ze dan ook rechten toekennen? Aan de andere kant komt er op die vragen zelden een bevredigend antwoord – tenzij je je heil wilt zoeken bij opiniemakers waarvan niet altijd even duidelijk is waar ze hun AI-wijsheid nu eigenlijk vandaan ­hebben.

Een massive open online course (MOOC) over de ethische vragen rond robots in onze maatschappij klinkt dan als een verademing. Eindelijk eens wat gedegen achtergrondinformatie, gepresenteerd door mensen die zich zelf dagelijks met het vakgebied bezighouden.

Helaas zal Robots in Society: Blessing or Curse? waarschijnlijk niet bijster veel goed geïnformeerde burgers op het gebied van AI voortbrengen. In de filmpjes die speciaal voor het college zijn gemaakt, zeggen de docenten uit de stal van de TU Delft vrij ongemakkelijk hun lesje op – en tja, dat kijkt een stuk minder prettig dan een strak gechoreografeerde TED Talk of een vlot van de tong­ riem gesneden vlogger.

Veel van de overige filmpjes zijn interviews met deskundigen, opgenomen voor de VPRO-documentairereeks Mind of the Universe. Doordat het hier echter ruw, niet gemonteerd materiaal betreft, weten ook deze video’s maar matig te boeien. Bovendien is het inhoudelijke niveau van beide typen filmpjes wat laag voor iemand die nu eens écht wil weten hoe de AI-vork in de steel zit.

Toegegeven: het online college heeft meer te bieden dan alleen video’s. Er zijn links naar academische teksten en discussies tussen de cursisten vormen ook een integraal onderdeel. Toch blijven die filmpjes het uithangbord. En als die niet lekker in elkaar zitten, kun je je afvragen hoeveel geïnteresseerden er echt blijven plakken na de eerste kennismaking. (JPK)

CHASING NEW HORIZONS | 320 Blz. | € 23,99 (e-book € 18,86)

juli 2018 | de ingenieur 7 | 55

MEDIA

VOOR EEN VERREGENDE MIDDAG Twee onlangs verschenen boeken barsten van de doe-opdrachten voor ingenieurs in spé.

illustratie Frank Landsbergen

Van regenachtige zondagmiddagen zijn we hopelijk nog een paar maanden verwijderd, maar toch alvast een bespreking van twee knutselboeken voor kinde­ ren. De mooiste van de twee is Roza Rozeurs grote werk- en knutselboek voor jonge ingenieurs van Andrea Beaty, geïllustreerd door David Roberts. Dit is het werkboek bij het prentenboek Roza Rozeur, ingenieur, dat in ons novembernummer al een posi­ tieve bespreking kreeg. Ook het werkboek is een lust voor het oog, met talloze kleurrijke tekeningen van Roza en haar vriendjes, die nog meer dan eerst hun handen uit de mouwen steken.

Het boek bevat meer dan veertig doe-opdrachten die variëren van het leren brainstormen tot het ont­ werpen van een ‘fietszitje voor je knuffels waarin ze droog blijven als je door een plas rijdt, maar waarin ze wel de weg voor zich kunnen zien’. Het boek is luchtig van toon en probeert de jonge lezers vooral duidelijk te maken dat the sky the limit is.

Is Roza Rozeurs knutselboek bedoeld voor kinderen vanaf vijf jaar oud, voor de iets oudere kids (acht jaar en ouder) verscheen het Techniek-doeboek. Hierin zijn tientallen concrete maak- en bouw­opdrachten te vinden, vergelijkbaar met de recepten in een kook­ boek. Eerst krijg je een lijstje met dingen die je nodig hebt. Vervolgens lees je in stappen wat je moet doen, gevolgd door een alineaatje ‘Verbeter je ontwerp’, met tips over hoe je bijvoorbeeld je zeilwagentje ­soepeler kunt laten rijden of je petflesraket nog een meter hoger kunt lanceren. En in de afsluitende para­ graaf komen de natuurkundige principes aan bod.

Klapenergie Af en toe snijden de auteurs hier de bocht een beetje af. Bij deze jonge doelgroep mag dat; boven­ dien doen ze het op een charmante manier. Neem het kanon dat ballen afschiet met behulp van een elastiek. Veerenergie wordt bewegingsenergie van de bal en als die op een blikje knalt, gaat een deel van de bewegingsenergie over in ‘klapenergie’, waarin de beweging en de vervorming van het blikje zijn samengenomen.

Kortom: wie zijn kinderen de komende herfst goed bezig wil houden – of zichzelf niet wil vervelen – kan vast een van deze boeken bestellen. (JH) ROZA ROZEURS GROTE WERK- EN KNUTSELBOEK VOOR JONGE INGENIEURS | 94 Blz. | € 16,95

illustratie David Roberts

TECHNIEK-DOEBOEK | 144 Blz. | € 18,95

In het Techniek-doeboek staat zelfs een ‘recept’ voor het bouwen van een heus elektrisch autootje.

Roza Rozeur in haar zelfgebouwde helikopter.

56 | de ingenieur 7 | juli 2018

MEDIA

EMOJI-MIJNENVELD Een aantal van de 155 nieuwe emoji’s die eind dit jaar beschikbaar komen.

Nederland is een land van polders.

Dit rijk geïllustreerde boek neemt ons mee naar het West-Brabant van eind zestiende eeuw. Prachtige kaarten laten zien hoe in korte tijd hele stukken van ­deze toen nog waterrijke streek ­werden ingepolderd.

POLDERS IN KAART | 132 Blz. | € 24,95

Een aubergine is niet alleen maar een groente, en een benzinepomp heeft soms niets met tankstations te maken.

Enith Vlooswijk over de wondere ­wereld van de emoji’s.

In de maand waarin Europese leiders een migratiedeal sloten en Duitsland vroeg­tijdig het WK verliet, raakte het meest opzienbarende nieuws een beetje ondergesneeuwd: de lancering van Emoji 11.0, een reeks van 157 nieuwe emoji’s die we eind 2018 op onze beeld­ schermen kunnen verwachten. Eindelijk.

Zonder de lama, de kangoeroe, de ­veiligheidsspeld en het knotje wol is online communiceren een nogal primi­ tieve exercitie. Dat we het tot 2015 ­zonder een hysterisch­-huilend-van-hetlachen-gezichtje hebben kunnen stellen, is domweg een wonder.

Online communiceren zonder emoji’s is als offline spreken zonder gebaren, gezichtsuitdrukkingen en intonatie. De eerste emoji’s werden eind jaren negen­ tig gelanceerd in Japan, waar ze binnen de kortste keren razend populair werden.

Vanaf 2010 veroverden ze ook de rest van de wereld. Tot die tijd gebruikten wij emoticons: combinaties van leestekens die de emotionele staat van de bood­ schapper weergeven. Denk aan :-) Naar verluidt was de Amerikaanse infor­ maticus Scott Fahlman de eerste die emoticons met dat doel gebruikte op een berichtenbord van de Carnegie Mellon University. Na een uit de hand gelopen studentengrap was er een debat ­ontstaan over de wenselijkheid van bepaalde vormen van humor. Scott stelde voor om voortaan :-) toe te voegen als

iets niet helemaal serieus moest worden genomen.

Ik heb me lang verzet tegen deze vorm van duiding, die ik afdeed als informatie die alleen nuttig is voor wie niet tussen de regels door kan lezen. Inmiddels weet ik beter. Als iets de online communicatie heerlijk ingewikkeld heeft gemaakt, zijn het alle emotietekens wel. Wie niet op de hoogte is van de subtiele communica­ tiemores op Twitter, zou het aubergine­ teken zomaar kunnen interpreteren als groentesoort, in plaats van ironisch bedoeld fallussymbool. Het knipoogteken is inmiddels een communicatief mijnen­ veld. Afhankelijk van de context kan het alles betekenen, van ‘ik maak een grapje’ en ‘ik vind je aardig’, tot ‘je lult en ik ben superieur’.

Hoe overleef je op Mars? Die vraag staat centraal in deze pc-game. In essentie een schietspel, maar er moet ook een basis worden opgetrokken om de ­omstandigheden op de rode planeet te trotseren.

MEMORIES OF MARS | early access via Steam | € 29,99

Het Utrechtse stations­gebied geldt als de grootste binnenstede­lijke bouwput van ­Nederland, waar tijdgeest, grote ambities en al dan niet gerealiseerde plannen de dienst uitmaken. Ed van Eeden interviewde de betrokkenen.

OPERATIE OPEN HART | 352 Blz. | €,95

Urgente vragen Taalwetenschapper Sanjaya Wijeratne besefte wat dit betekent voor de ver­ werking van taal door computers toen hij de tweets van Amerikaanse bende­leden analyseerde. Zij gebruikten vaak het ­pictogram van een benzinepomp, dat ‘marihuana’ bleek te betekenen. Rond dezelfde tijd dat Emoji 11.0 openbaar werd, belegde Wijeratne daarom een conferentie in Stanford over de urgente vragen die emoji’s opwerpen. Hoe weer­ spiegelen emoji’s iemands gender en politieke voorkeur? Hoe veranderen emoji’s onze manier van communiceren?

En kunnen we computers bijbrengen wat een glimlach betekent? Dat laatste lijkt me hoog gegrepen, aangezien ik veel mensen ken die deze kunst niet eens verstaan. Laat staan het interpreteren van een knotje wol.

Technologiejournalist drs. Enith Vlooswijk schrijft in De Ingenieur elke maand over wat haar opvalt op internet.

De aanleg van de Noord/ Zuidlijn was voor ­archeologen een hoorn des overvloeds, met in totaal 700 000 opgegraven artefacten. Een fractie ervan wordt tentoongesteld in station Rokin en is ook op het web te bekijken. Met mooie namen als Snelleke, Cliché, Snelle, IJkplaat en Piron. www.belowthesurface.amsterdam

Over het IJsselmeergebied als landschappelijk geheel is na de aanleg van de Afsluitdijk en de inpolderingen eigenlijk nooit nagedacht, constateert stedenbouwkundige Frits Palmboom. Zijn boek levert gereedschap om wel aan zo’n visie te werken.

IJSSELMEERGEBIED | 366 Blz. | € 29,50

juli 2018 | de ingenieur 7 | 57

EIWITBRON UIT LAB KENT LANGE GESCHIEDENIS

Kweekvleesbereiders Hoewel kweekvlees vooral de laatste jaren volop in het nieuws is, fantaseren sciencefictionschrijvers al bijna een eeuw over ‘syntho steaks’ en ‘butcher vegetables’. Maar de ware wegbereiders voor deze technologie waren een Nederlandse ondernemer en een Britse staatsman. tekst Fanta Voogd

W

inston Churchill is zonder meer een van de markantste staatslieden van de twintigste eeuw. Minder bekend is dat hij een grote belangstelling had voor sciencefiction en de laatste wetenschappelijke ontwikkelingen. Dat blijkt bijvoorbeeld uit zijn essay Fifty Years Hence in het Britse The Strand Magazine (december 1931), waarin hij de toekomstige technologische stand van zaken in de jaren tachtig schetste. Zeven jaar voor de ontdekking van kernsplitsing voorzag Churchill een gouden toekomst voor kernenergie.

Hij voorspelde de draadloze telefoon en televisie, maar ook een willoos arbeidsleger van robots in dienst van het door hem verfoeide Sovjetsysteem.

Wat betreft de toekomstige voedselvoorziening zag Churchill ingrijpende veranderingen. ‘Uitgestrekte kelders waarin kunstmatige straling wordt gegenereerd, kunnen de koren- of aardappelvelden van de wereld vervangen.’ De komst van synthetisch voedsel beschouwde hij als vanzelfsprekend. Maar terwijl veel futuro­ logen tot diep in de twintigste eeuw

Technologische voorspellingen uit het ­ver­leden zijn soms griezelig accuraat; een andere keer slaan ze de plank op vermakelijke wijze mis. De rubriek Voorwaarts ­verdiept zich in de geschiedenis van de toekomst.

58 | de ingenieur 7 | juli 2018

meenden dat de toekomstige mens zich zou gaan voeden met pillen, benadrukte Churchill dat de ‘tafelgeneugten’ niet zouden verdwijnen. ‘De nieuwe voedingsmiddelen zullen van meet af aan praktisch niet zijn te onderscheiden van de natuurlijke ­producten’, aldus Churchill.

De passages waarin hij de vlees­ consumptie ter sprake brengt, zijn anno 2018 behoorlijk actueel. Hij beschrijft hoe in de toekomst ‘nieuwe microbenstammen’ met de inzet van hormonen ‘onder gecontroleerde omstandig­heden’ worden opgekweekt tot eiwitrijk voedsel. Ook voorspelt hij dat mensen geen hele dieren meer zullen fokken, maar bijvoorbeeld alleen de borst of de vleugel van een kip kweken. Mogelijk liet Churchill zich daarbij inspireren door het experiment van de Franse bioloog, chirurg en Nobelprijswinnaar Alexis Carrel. Vanaf begin 1912 hield die een kippenhart in een laboratoriumfles met voedingsstoffen meer dan twintig jaar in leven.

Plakjes hart Lange tijd gaapte er een flinke kloof tussen droom en werkelijkheid. Een kloof die grondig werd verkend door een reeks sciencefictionschrijvers. Nog geen twee jaar na Churchills essay voerde de Amerikaanse pulpschrijver David Keller in zijn sombere toekomstverhaal Unto Us a Child Is Born (1933)

een synthetische vleesmachine ten tonele, een huishoudelijk apparaat ter grote van een koelkast. Robert Heinlein noemt kweekvlees in Farmer in the Sky (1950) syntho steaks, Frank Herbert spreekt in Whipping Star (1969) van pseudo flesh en Clifford Simak in Time Is the Simplest Thing (1961) van butcher vegetables.

In sommige verhalen is de toekomstige vleesproductie een vorm van tuinbouw geworden: carniculture, waarbij het vlees wordt voortgebracht door een animal tissue plant of een bananameat tree. In de satirische sf-­ roman The Space Merchants (1952) vergroot het Amerikaanse schrijversduo Frederick Pohl en Cyril Kornbluth het kippenhartje van Carrel uit tot een gigantisch, almaar doorgroeiend kippenhart waar plakjes van worden afgesneden voor de voedselvoorziening.

De Nederlandse ondernemer Willem van Eelen wordt internationaal gezien als degene die als eerste heeft geprobeerd de kloof tussen fictie en werkelijkheid te dichten. Al tijdens zijn studie geneeskunde in de jaren veertig vatte Van Eelen het idee op om vlees in een laboratorium te kweken. Een halve eeuw later maakten de wetenschappelijke vorderingen in stamcelonderzoek het mogelijk ermee aan de slag te gaan.

Met steun van zakenman Willem van Kooten (voormalig Veronica-dj Joost den Draaijer) sleepte Van Eelen in 1999

illustratie Georges Villa/Hospices Civil de Lyon

VOORWAARTS

VOORWAARTS

W

e zullen ontsnappen aan de absurditeit van het fokken van een hele kip om alleen de borst of vleugel te kunnen eten, door deze delen afzonderlijk te laten groeien.

Winston Churchill in zijn futurologische essay ‘Fifty Years Hence’, gepubliceerd in The Strand Magazine (december 1931).

Spotprent uit 1913 over de arts Alexis Carrel, die een kippenhart in een fles in leven hield en zo mogelijk een vroege inspiratie vormde voor kweekvlees.

de eerste internationale en Amerikaanse patenten op kweekvlees in de wacht. Bovendien kreeg een consortium van Nederlandse universiteiten in 2004 dankzij een lobby van Van Eelen 2 miljoen euro subsidie voor verder onderzoek. Ook legde zijn werk het fundament voor dat van de medische wetenschapper prof.dr. Mark Post, die op 5 augustus 2013 in Londen de eerste

gekweekte hamburger presenteerde.

Verschillende bedrijven proberen het concept van kweekvlees nu te ontwikkelen en op de markt te brengen. Zoals het Amerikaanse JUST, dat naar eigen zeggen financiële steun krijgt van de familie Heineken. Bij wijze van eer­ betoon aan het Nederlandse pionierswerk koos JUST-initiatiefnemer Josh Tetrick onlangs voor het Amsterdamse

NEMO Science Museum en een restaurant in Zaandam om zijn gekweekte vlees te presenteren. De Nederlandse Voedsel- en Warenautoriteit (NVWA) stak echter een stokje voor de proeverij, omdat de producten nog niet zijn goedgekeurd volgens de Europese novel-food-wet­geving.

Nederlandse voorstanders van kweekvlees benadrukken dat het maakproces in essentie niet veel verschilt van kaasmaken of bierbrouwen.

Daarmee zou de vleeskwekerij dus mooi aansluiten bij de rijke Nederlandse voedselindustriële geschiedenis.

Hoe dan ook lijkt de tijd rijp voor een ommezwaai in onze eetgewoontes.

Het besef wordt breed gedragen dat ons eetpatroon niet los is te zien van dierenleed, het wereldvoedselvraagstuk, het klimaat-, het biodiversiteits-, het ruimte- en het mestprobleem. De grote vraag is hoe die verandering vorm zal krijgen. Het sf-verhaal Natulife (1994) van David Brin speelt in een toekomst waar het eten van vlees is uitgebannen. Mensen kunnen kiezen tussen een menu van kweekvlees of van termieten. Daarmee loopt de schrijver vooruit op wat in de toekomst wel eens het onontkoombare alternatief voor vlees en vis zou kunnen zijn.

Al mogen we ook de optie van een plantaardige, niet van echt te onderscheiden vleesvervanger nog niet afschrijven. | juli 2018 | de ingenieur 7 | 59

KOPSTUK

Hij is een van de weinige bewegingswetenschappers in dienst van een wielerploeg: Teun van Erp. Toen hem die positie werd aangeboden, twijfelde hij of hij die wel moest aannemen. Sindsdien gaat hij er echter helemaal voor. En met resultaat: mede dankzij Van Erps schema’s werd Tom Dumoulin twee keer wereldkampioen. tekst drs. Desiree Hoving illustratie Marcel Groenen

Wielrennende ­wetenschapper ‘I k denk dat ik vroeger meer naar wielrenwedstrijden keek dan Teun.

Op zijn zestiende zette hij nog niet eens de Tour de France aan, terwijl ik de hele dag voor de televisie zat. Toen snapte hij dat nog niet’, zegt zijn goede vriend Paul Timmers MSc. Hoe anders is dat nu. Teun van Erp MSc werkt alweer zeven jaar als wetenschappelijk expert van Team Sunweb (voorheen team Giant-­ Alpecin). Hij analyseert van elke wielrenner de trainingsdata en maakt op basis daarvan trainingsschema’s en indelingen voor tijdritten. Met succes, want de Nederlandse kampioen Tom Dumoulin, die bij het team fietst, werd afgelopen jaar twee keer wereldkampioen, zowel bij de ploegentijdrit als bij de individuele tijdrit.

‘Sinds Teun die baan heeft, bijt hij zich er helemaal in vast’, zegt zijn broer Dennis van Erp MSc. Ofwel: als Teun van Erp ergens voor gaat, dan gaat hij er ook écht voor. Hij is zelfs gaan wielrennen sinds hij bij de ploeg zit. ‘Maar wanneer er een belangrijke wielrenwedstrijd op tv is, kijken we niet samen. Teun wil liever niet dat er mensen bij zitten die geen verstand hebben van wielrennen. Wel praat hij graag over zijn werk. Soms vertel ik hem dat we het wel even genoeg over ­wielrennen hebben gehad.’

Volle agenda Toch twijfelde Van Erp aanvankelijk of hij wel bij Team Sunweb moest beginnen. ‘Teun is iemand die zijn keuzes regelmatig heroverweegt en dan de voor- en nadelen benoemt. Vervolgens helpen zijn vrienden hem regelmatig bij het nemen van een beslissing’, zegt Timmers. ‘Toen hij de kans kreeg om zich een jaar lang te bewijzen bij de ploeg en hij daar in eerste instantie niets voor betaald kreeg, vroeg hij zich af of hij het wel moest doen. Als vrienden hebben we hem geadviseerd dat ­zeker te doen. Daar was hij achteraf heel blij mee.’

Naast zijn werk bij Team Sunweb promoveert Van Erp als bewegingswetenschapper aan de Vrije Universiteit Amsterdam. ‘Ik zei wel eens tegen hem: neem eens een zondagje vrij of zo’, herinnert zijn voor60 | de ingenieur 7 | juli 2018

Naam Teun van Erp | Leeftijd 33 | Titel MSc | Opleiding bachelor fysiotherapie en master ­human movement science, Vrije Universiteit ­Amsterdam | Functies wetenschappelijk adviseur Team Sunweb, promovendus aan de VU Amsterdam

malige stagiair Eric Wenker BSc zich. Maar die kreeg dan te horen dat hij net zo makkelijk zijn computer wat berekeningen kon laten doen voor zijn promotie-onderzoek als de televisie toch aanstond met een wielerwedstrijd. ‘Toen hij een keer een mooi meisje in de kroeg zag, grapte Teun dat hij helemaal geen tijd had voor een vrouw. Daar zit wel een kern van waarheid in; hij heeft zó’n volle agenda ...’

Het voordeel van vrijgezel zijn, is dat Van Erp relatief veel vrije tijd heeft, zeggen zijn vrienden.

En dus slaagt hij erin vijf keer per week te sporten als er een triatlon op de planning staat, gaat hij eens in de twee jaar op een avontuurlijke vakantie – de laatste keer beklom hij de Kilimanjaro met zijn broer – en speelt hij een voortrekkersrol als hij met een groep van vijftien vrienden naar een ­festival zoals Lowlands of Rock Werchter gaat.

‘Teun neemt zijn werk heel serieus, maar is ­beslist geen nerd die altijd achter zijn computer zit’, zegt ex-stagiair Wenker. ‘Hij is een klein

TEUN VAN ERP

­ annetje dat opvalt door zijn Brabantse accent m en zijn enthousiasme.’ Van Erps goede vriend Timmers vult aan: ‘Mensen nemen Teun snel in vertrouwen. Dat komt doordat hij opvallend veel interesse in mensen heeft en integer is.’

Wel houdt Van Erp er volgens zijn broer Dennis een sterke mening op na. ‘Hij voert graag lange discussies en neemt er geen genoegen mee als

De rubriek Kopstuk presenteert een portret van een ingenieur die bijzondere prestaties op zijn of haar naam heeft staan.

je geen goede argumenten noemt. Die moeten bij voorkeur wetenschappelijk onderbouwd zijn. Het is zelfs een keer voorge­komen dat Teun aan een vriend om wetenschappelijke artikelen vroeg en die ging bestuderen, om daarna de discussie te hervatten.’

Soms kan Van Erp ook negatief zijn en klagen, weet zijn collega Tom Davids, die verantwoordelijk is voor het materiaal bij Team ­Sunweb. ‘Als hij ergens mee zit, belt hij me op. Na twee minuten zeg ik dan: even niet zo negatief. Dan moet ik hem eraan herinneren hoe mooi ons werk is, anders zou hij daarin blijven hangen. Ik denk dat dat komt doordat hij zo gedreven is. Hij wil het onderste uit de kan halen en stelt hoge doelen. Zijn perfectionisme blijkt ook uit ­hoezeer hij baalt als een wielrenner uiteindelijk een tijd rijdt die flink afwijkt van zijn berekening. Maar als hij zo’n tijd goed voorspelt, kan hij daar ook erg van ­genieten.’ | juli 2018 | de ingenieur 7 | 61

BRANDEN BLUSSEN MOEILIJK TE AUTOMATISEREN

Vuurproef voor robots

62 | de ingenieur 7 | juli 2018

hun baan kwijt te raken. De robots die eraan komen, moeten vooral hun werk een stuk veiliger maken.

M

aak een brandweerman midden in de nacht wakker en stel de vraag: ‘Wat is het belangrijkste kenmerk van een brand?’ Tien tegen een dat hij antwoordt: ‘De dynamiek, meneer, de dynamiek.’

Wat zoveel wil zeggen als: geen brand is hetzelfde, onvoorspelbaarheid is troef en het vergt jaren van training om onder helse omstandigheden en tijdsdruk de juiste beslissingen te nemen.

Ga daar maar aanstaan als robot. Vandaar dat brandweerlieden een beetje sceptisch zijn als je ze voorhoudt dat er een kans van 17 procent is dat ze binnen twintig jaar worden geautomatiseerd.

En gelijk hebben ze. De Amerikaanse universiteit Virginia Tech is al jaren bezig met SAFFiR, een op afstand bestuurbare, mensachtige brandweer­ robot voor marineschepen. De half-autonome robot wist enkele jaren geleden deels zelfstandig een brandje te blussen, maar meer dan een slimme assistent zit er volgens de universiteit niet in. Anders gezegd: de robot is bij lange na niet in

Uit het Europese project TRADR kwam een half-autonoom karretje voort dat een brandend gebouw binnen kan gaan om informatie te verzamelen en waar nodig bluspoeder te spuiten.

staat om met ‘dynamiek’ om te gaan. Hetzelfde geldt voor het EU-project Walk-Man, een vergelijkbare robot die recentelijk wat simpele klusjes wist te klaren, zoals een deur openen, brokstukken rapen en blussen met een brandblusser. (Zie het aprilnummer van De Ingenieur.)

Beide projecten sluiten aan bij wat brandweerlieden wél voor zich zien: deels autonome verkenningsrobots die samen met brandweerlieden uitrukken en als eerste naar binnen gaan. ‘Maar die zullen geen banen inpikken’, zegt Robbert ­Heinecke, hoofd ICT, inkoop en planning bij de Gezamenlijke Brandweer (GB), die de afgelopen jaren betrokken is geweest bij de ontwikkeling van dit soort robots.

Klein bier Wie drones en op afstand bestuurbare blusvoertuigen tot robots rekent, zou zelfs kunnen zeggen: die assistentie komt al aardig op gang. ‘In Amsterdam testen ze momenteel blusvoertuigen voor hevige branden in loodsen en havengebieden’, vertelt Heinecke. ‘En wij zijn zelf bezig om droneteams op te zetten die meerijden in het materiaalbusje. De drones zijn vrijwel direct operationeel

ROBOTISERINGSKANS Hoe groot is de kans dat een beroep binnen twintig jaar wordt geautomatiseerd? Onderzoekers van de Britse University of Oxford kwamen tot de volgende getallen: Brandweerman

17 %

Centralist meldkamer Inspecteur brandveiligheid

49 % 48 % 0

20

40

60

80 100 %

bron The Future of Employment

tekst ir. Jeroen Akkermans

tisering. Maar de spuitgasten hoeven waarschijnlijk niet bang te zijn

foto TRADR

HET NIEUWE WERKEN

Ook de brandweer krijgt de komende decennia te maken met robo­

foto TRIGEN Automotive

In Singapore wordt gewerkt aan een exoskelet dat een deel van de zware uitrusting van een brandweerman kan dragen.

en verzamelen gedetailleerde informatie met sensoren en camera’s door over en rond het gebouw te cirkelen. Nu proberen we nog overzicht te krijgen met een schuifladder of krijgen we assistentie van een politiehelikopter.’

Maar dit is, hoe nuttig ook, klein bier. En robots zijn het eigenlijk ook niet. Dat etiket past beter bij wat TRADR ontwikkelde, een samenwerkings­ verband van de GB, een aantal Europese universiteiten (waaronder de TU Delft) en brandweerkorpsen uit Duitsland en Italië. Uit dit project kwam een serie half-autonome karretjes voort, die een brandend of half ingestort gebouw met giftige stoffen in kunnen gaan om informatie te verzamelen en waar dat moet bluspoeder te spuiten. De bots hebben voor en achter twee rupsbanden die omhoog en naar beneden kunnen draaien, waardoor ze met gemak een trap kunnen nemen of over een obstakel kunnen rollen. De onderling communicerende karretjes filmen tegelijkertijd hun omgeving, maken met LIDAR een 3D-beeld, meten het gehalte aan schadelijke stoffen en kunnen met een grijparm dingen verplaatsen.

‘Alleen al de 3D-beelden van een half ingestort gebouw zijn ontzettend nuttig’, zegt Heinecke.

‘Afmetingen van en afstanden tussen objecten zijn cruciaal voor het team dat naar binnen gaat. Bijzonder is ook dat de beelden zijn samen te voegen met die van drones.’ Heinecke hoopt nu dat bedrijven of de overheid de protypes willen uitwerken tot volwaardige, hittebestendige hulpmiddelen.

In Het nieuwe werken beantwoordt De Inge­nieur elke maand voor een andere beroepsgroep de vraag: moet je bang zijn dat een robot je baan afpakt?

De blusdrone van het Letse bedrijf Aerones valt ook in de categorie assistent. De op afstand bestuurbare drone – die nog volop in ontwikkeling is – ligt plat op het dak van een busje en is gekoppeld aan een blusslang en een elektriciteitskabel. Het apparaat kan na wat aansluitwerk binnen zes minuten opstijgen tot 300 m en beschermt zichzelf tegen de hitte door een mist van druppeltjes te spuiten. Een zwaardere versie reikt zelfs tot 500 m.

De blusdrone zal waarschijnlijk weinig of geen banen inpikken, maar drones voor brandpreventie misschien wel. Wie wat fantaseert, ziet zwermen dronesprinklers in de lucht hangen die het miniemste spoortje rook waarnemen en in de moeilijkste hoekjes en gaatjes bluspoeder loslaten. Zoiets is er nog lang niet, maar ‘in theorie moet een brand­preventiedrone mogelijk zijn’, zegt Liza Boormans, teammanager van het Eindhovense studentenbedrijf Blue Jay, dat praktische drones ontwikkelt. ‘In de toekomst willen we hier nog eens goed naar kijken.’

Exoskelet Robots als SAFFiR, Walk-Man en andere slimme assistenten zijn in ieder geval nog lang niet zo flexibel als een mens. Oud-brandweer­ officier en FNV-kaderlid Mart van Troost maakt zich dan ook geen zorgen over banenverlies, de komende decennia. ‘Dat robots op afstand bestuurd een gebouw ingaan, wil ik wel geloven, maar dat ze mensen gaan vervangen niet. Daarvoor is de dynamiek simpelweg veel te groot.’

Misschien is het slimmer ‘de mens in een robot te stoppen’, bijvoorbeeld door hem een exoskelet om te binden. Dat is wat TRIGEN Auto­ motive uit Singapore voor ogen heeft, dat samen met Singapore Civil Defence Force onlangs een om te gespen frame ontwikkelde dat deels de zware uitrusting draagt. Pneumatische cilinders tussen de boven- en onderbenen ondersteunen het traplopen. De capaciteit van de tanks met gecomprimeerde lucht zou ruim voldoende zijn om drie keer op en neer te gaan in het trappenhuis van een gebouw met twaalf verdiepingen.

Het toekomstplaatje ziet er dan misschien zo uit: half-autonome ­assistenten die in de nabije toekomst het gebouw verkennen en brandweermannen in een (slim) versterkt pak die ze achterna gaan. Maar robots die zonder enige menselijke hulp een brand blussen: die zijn voorlopig nog toekomstmuziek. | juli 2018 | de ingenieur 7 | 63

PASSIE

T

ussen de weilanden bij Rosmalen doemde de schuur op waarin het Meccanomuseum van Lambert van der Veeken (65) is gevestigd. Binnen stonden meer dan ­zeventig werkende Meccanomodellen. Het waren agrarische werktuigen die hij vaak kende van vroeger, toen hij nog een agrarisch loon­bedrijf runde.

‘Wij leverden machines, grotere werktuigen zoals dorsmachi­ nes. In 1997 ben ik gestopt. Daarna ben ik in de advisering over bodemsanering gestapt.’

Lambert schonk appelsap in de ontvangstkamer, een ruim­ te waar hij regelmatig groepen voor rondleidingen ontvangt, en zei alvast maar eerlijk dat hij eigenlijk een dag nodig had om alles uit te leggen en dat hij ons, eenmaal binnen in de ruimte waar zijn Meccanomodellen staan, zou bombarderen met informatie. ‘Want dit is niet zomaar iets; dat zult u zo ­dadelijk wel zien.’

Hij vertelde hoe hij met Meccano in contact was gekomen.

‘Ik ben de oudste uit een gezin van veertien kinderen. Ik was acht jaar en we gingen met het hele gezin naar de stad om iets moois te kopen; dat deden ze vroeger met Pasen. En toen zag ik Meccano in een etalage. Sindsdien is mijn leven Meccano.

Toen Meccano begin jaren tachtig failliet ging, heb ik alles in de wijde omgeving opgekocht.’

Hij herhaalde, langzaam: ‘Al-les. In de hele regio. En ik ­begon bij Bart Smit.’

‘Toen heb ik ook besloten alleen nog maar werktuigen te bouwen waar ik zelf mee heb gewerkt, of machines waar ik mee had kunnen werken. Zoals de bietensorteermachine die ik heb ontwikkeld.’

64 | de ingenieur 7 | juli 2018

Hij bouwde de spanning op, voor wat we even later in de aan­ palende ruimte te zien zouden krijgen. ‘Ik ben bezig om een stichting op te richten waarin ik het allemaal onder wil brengen om het veilig te stellen voor de maatschappij. Er is enorm veel belangstelling voor rondleidingen, bedrijfsuitjes en familie-­ uitjes.’

We liepen de ruimte in. Het licht ging aan. Met een druk op een knop begonnen ruim zeventig agrarische Meccanomachines te bewegen. Het was een indrukwekkend gezicht. Lambert was in zijn element nu. Hij sprak met stemverheffing.

‘Ik heb ook een passie ontwikkeld voor natuur, voor het ­bodemleven, voor bodemvruchtbaarheid. En het hele leuke is dat het bodemleven parallel loopt met het menselijk lichaam.

Stop een zaadje in de grond en er komt een plant uit. Een vrouw die niet vruchtbaar is, zal nooit een baby baren. Dat ­verhaal vertel ik aan de hand van de door mij met Meccano ­gebouwde machines.’ Hij wilde een verhaal vertellen over hoe tuinafval wordt verwerkt tot compost. Ik vertelde hem dat het niet hoefde; dat dat zonde was van de beperkte ruimte in De Ingenieur. ‘Laten we ons beperken tot de Meccano.’ ­Lambert: ‘Dat is goed.’

Zijn vrouw en dochters hadden niets met Meccano, maar ze waren wel trots op hem. Na zijn hartaanval had hij ze bij elkaar geroepen en gezegd: ‘Ik heb alles wat mijn hartje begeert.

Ik ben gelukkig. Jullie mogen mijn Meccano nooit weg doen.

Ik hou van jullie. En van mijn Meccano.’ |

tekst Marcel van Roosmalen foto Elmer van der Marel

DE ONLINE PROFESSIONAL DEVELOPMENT TOOL Met trots introduceert KIVI de Online Professional Development (OPD) tool. Met deze tool krijgen KIVI-leden de mogelijkheid om op eenvoudige wijze hun professionele ontwikkeling bij te houden. De OPD-tool biedt een flexibel framework, geschikt voor ingenieurs in alle fasen van hun loopbaan. Je kan de tool op verschillende manieren gebruiken. Het geeft handvatten of het nu gaat om projectplanning, het plannen van een carrièrestap, om je professionele ontwikkeling vast te leggen of wanneer je aan de slag gaat met je Chartership kwalificatie.

De mogelijkheid om competenties te benoemen helpt je om gebieden waar je sterk in bent te identificeren, en ook de gebieden die wellicht meer ontwikkeling nodig hebben. De tool geeft inzicht en voorbeelden over hoe je jezelf professioneel verder kunt ontwikkelen. Ook kan je ermee je werk naar anderen toe zichtbaar maken. Je kunt eenvoudig naar eigen smaak diverse rapportages maken, voor jezelf of voor anderen. Tenslotte biedt de OPD-tool een ideale oplossing om alles op één plek te bewaren.

Kijk nu op www.kivi.nl/ opd

Engineer your career • Improve our society Stel doelen

Presenteer je werk

Helpt bij je strategie voor persoonlijke- en bedrijfsdoelstellingen.

Chartership

Een krachtig hulpmiddel om anderen de waarde van je werk en prestaties te tonen.

Hou je vooruitgang bij

Geïntegreerd met het Chartershipproces in alle fasen: IPD, aanvraag en CPD.

Maakt het gemakkelijk om jouw voortgang bij te houden en te evalueren.

De OPD-tool is geschikt voor alle carrièrefasen en -paden

charteredengineer.nl

BELANGRIJKSTE VOORDELEN Professionele planning CV-ontwikkeling Portfolio-ontwikkeling Rapportages voor jezelf, klanten of werkgever Chartershipproces Bijhouden van je continue professionele ontwikkeling

ENGINEER YOUR CAREER KIVI helpt je verder in je carrière. Als beroepsvereniging van ingenieurs biedt KIVI carrièreservices. Leden kunnen onder meer gratis gebruikmaken van een cv-check, sollicitatietraining en loopbaancoaching. Ook brengt KIVI aantrekkelijke vacatures onder de aandacht.

OUDE PEKELA

DIVERSE PLAATSEN

HOOFD QUALITY CENTRE

- PROJECTLEIDER ASSETMANAGEMENT - MEDIOR ADVISEUR GEDRAG IN MOBILITEIT - PROJECTLEIDER URBAN DEVELOPMENT - ADVISEUR GEBOUWKWALITEIT - MARKTGERICHTE ADVISEUR / SENIOR PROJECT­ LEIDER BODEM, ONDERGROND EN ASBEST - CONSULTANT KLIMAATADAPTATIE STEDELIJK WATER

Voor ons nieuw op te richten Quality Centre in Oude Pekela, dat straks gaat werken voor alle productiebedrijven van SOLIDUS SOLUTIONS in Nederland, zijn wij op zoek naar een enthousiast en gedreven Hoofd Quality Centre.

Functieomschrijving Als Hoofd Quality Centre en teamleider ben je verantwoordelijk voor de ­inrichting en positionering van het Quality Centre. Jij zet je kennis en erva­ ring in om van de afdeling een succes te maken en die verder te ontwik­ kelen tot expertisecentrum binnen de SOLIDUS SOLUTIONS Groep. Of het nu gaat om het integraal verbeteren van de meetmethoden en -methodieken, doorlooptijdverkorting of het leveren van optimale kwaliteit, jij zet steeds de lijnen uit en zorgt met je enthousiaste aanpak voor draagvlak bij alle betrokkenen. En drukt daarmee een belangrijke stempel op continue ­kwaliteitsverbetering binnen de organisatie!

Onze visie is al snel onze passie geworden: “Improving the quality of life.”

Deze passie, onze mensen en de samenwerking met de klant geven ons de kans om de toekomst van de wereld vorm te geven. Dag in dag uit.

Wij bieden jou een organisatie en een functie, waarbij je een hoge mate van vrijheid hebt om je taken zelfstandig in te vullen in een ­ambi­tieus team.

Word jij onze nieuwe collega?

Functie-eisen Als Hoofd Quality Centre heb je een hbo-opleiding afgerond in een tech­ nische richting en heb je enkele jaren ervaring als Quality Engineer in een productieomgeving. Jij hebt kennis en affiniteit met kwaliteit (trendanalyse en rapportage) en kennis van statistische technieken en toepassingen (SPC en AQL controlemethodieken), je weet anderen te inspireren om zich verder te ontwikkelen en je zet je de koers uit voor de afdeling.

Herken jij jezelf in deze functie? Kijk voor de volledige vacaturetekst en informatie over SOLIDUS SOLUTIONS op onze website: www.solidus-solutions.com

Bekijk deze én alle andere ­vacatures op http://vacatures.werkenbijarcadis.nl en neem contact met ons op.

RIDDERKERK

MANAGER PRODUCTIETECHNIEK

FOCUS OP PRODUCTIETECHNIEK EN -PROCES

RANDSTAD E.O.

LINUX ENGINEER Snow staat voor open source, technisch uitdagende opdrachten, continue kennisdeling en scholing, persoonlijke groei en ontwikkeling, en aandacht voor jouw passies en ambities. Jij zet je technische kennis in om klanten in de Randstad te verder helpen. Wij bieden je de stabiliteit, training en opleiding om deze uitdagingen aan te gaan.

Opdrachten richten zich op Linux-infra, in combinatie met o.a. cloud, containers, automation tooling. Wil jij dat ook?

Kom naar een meetup of kijk op www.snow.nl

Quooker, kerngezond familiebedrijf en succesvol producent van de unieke kokend waterkraan. Kenmerkend voor de organisatie is innovatie en vakmanschap. De organisatie groeit hard en verwacht die lijn ook in de komende jaren voort te zetten. Deze groei vraagt om een Manager Productietechniek die bottlenecks weet te benoemen, nieuwe technieken introduceert en zo de time to market van R&D-projecten verkort. Je geeft leiding aan het technische hart van de organisatie (21 fte). Je beschikt over uitgebreide relevante technische kennis en opereert op academisch niveau. Je toont eigenaarschap, komt met sterke ideeën en weet het team en de organisatie hiervan te overtuigen.

Nieuwsgierig? www.buildingcareers.nl / Sanna Willebrands / 06 42 41 16 12 BuildingCareers werving en selectie voor ingenieurs in de industrie.

Ook uw vacature op deze pagina? Neem contact op met Marjolein Akkerman via 070 3919 873 of marjolein.akkerman@kivi.nl of met Barbara Gemen via 070 391 9875 of barbara.gemen@kivi.nl