Academisch onderzoek gaat naar de markt

De academische wereld wordt soms een ivoren toren genoemd. Maar niets is minder waar volgens deze academici. Zij ontwikkelen spitstechnologie, maar zorgen er ook voor dat die in de echte wereld een plek vindt. Hoe ze die transitie waarmaken, leggen ze hier uit.

Emmanuel Vander Poorten

Professor aan de KU Leuven Gespecialiseerd in chirurgische robots

Ramon Ganigué

Professor aan de UGent Specialist in milieu-biotechnologie

Ann Nowé

Professor aan de VUB Hoofd van het AI-Lab van de universiteit

Wat voor technologie ontwerpen jullie?

“Wij ontwikkelen robotica om chirurgen te helpen. Weinig van onze instrumenten worden echter al helemaal in de praktijk gebruikt, want medische technologie vraagt veel tijd om te ontwikkelen. Iets wat je vandaag ontwerpt, kost vijf à tien jaar om in een product terecht te komen. De regelgeving is streng, en het duurt even voordat zulke instrumenten op grote schaal toegepast mogen worden. Een van de door ons ontworpen instrumenten gaat in de retina van de mens, het oog dus, om daar geblokkeerde bloedvaten te ontstoppen. Zo behandelen we een retinale ziekte. Daarmee hebben we in de experimentele fase al vier patiënten behandeld, wat met de hand onmogelijk zou zijn geweest.” “Met ons team ontwikkelen we technologieën waarmee we bijvoorbeeld afvalstoffen recupereren of grondstoffen hergebruiken. Onze technologie helpt ons om een circulaire maatschappij te bouwen. We dichten de kloof tussen ons huidig grondstoffengebruik en toekomstige noden. Zo ontwikkelen we bioprocessen die moleculen vanuit organische afvalstromen transformeren naar chemicaliën die dienen als voorlopers voor polymeren. Vandaag heb je daarvoor vaak petroleumgebaseerde processen nodig. Met onze technologie kunnen we ook CO2 omzetten naar dat soort moleculen. We werken ook aan projecten om afval te valoriseren, zoals bio-oliën op basis van afval die nuttig zijn voor de chemische industrie.” “Ons AI-lab werd opgericht in 1983. We werken rond meerdere aspecten van AI, van meer theoretische onderwerpen tot de praktijk, vanuit een interdisciplinaire invalshoek. Je vindt bij ons filosofen en linguïsten terug, niet enkel computerwetenschappers. Een van onze centrale thema’s is hernieuwbare energie. We ontwerpen coördinatiemechanismen om groene stroom lokaal uit te wisselen, die ervoor zorgen dat het netwerk niet overbelast raakt terwijl de gebruikers ervan eerlijk vergoed worden. Ons onderzoek brengt ons ook bij de windmolens in de Noordzee, waarbij we maanden op voorhand voorspellen wanneer ze onderhoud nodig hebben. Maar we doen evengoed theoretisch onderzoek naar basis-algoritmes.”

Hoe brengen jullie die innovaties naar de praktijk?

“Na de ontwerpfase testen we in samenwerking met de ziekenhuizen de instrumenten al op patiënten. Eens dat gebeurd is, proberen we via een spin-off of een ander bedrijf de technologie te licentiëren. Zo brengen we het instrument naar de markt. Wij hebben een complexer traject naar de praktijk dan andere onderzoeksvelden, want door regelgeving moeten we veel hogere investeringen doen. We moeten bewijzen dat een instrument veilig is en een meerwaarde heeft. Daarnaast zijn er complexe regels rond terugbetalingen, die verschillen per land. Dat doorlopen vraagt tijd. Maar eens het lukt, kun je een erg grote impact hebben en ook wereldwijd werken.” “Academisch onderzoek gebeurt meestal in de vroege fasen van technologieontwikkeling, gaande van het uitbouwen van een ‘proof-of-concept’ tot de fase van opschaling. Dat laatste gebeurt vooral samen met bedrijven. Naarmate je dichter bij de markt komt, kom je in de ‘valley of death’ terecht, waarbij je technologie nog pril is maar de subsidies afnemen en je een businesscase moet tonen. Dat is een moeilijke fase, waarin een nieuw concept makkelijk kan falen. De succesvolle opname van de technologie door de private sector is dus cruciaal. Daarom werken we al vroeg in de ontwikkeling samen zodat bedrijven zicht hebben op ons onderzoek. Als universiteit mogen we geen ivoren toren zijn.” “In 2019 richtten we het AI Experience Centre op. Daar laten we een brede waaier aan AI-toepassingen zien, zoals demo’s en educatieve tools. Bezoekers, van beleidsmakers tot de industrie, kunnen er meekijken met de algoritmes. Zo leggen we uit wat je al wel en niet kunt doen met AI. Dat is een van de grote problemen die we zien rond de technologie. Er is veel rond te doen, maar vaak is het moeilijk om uit te leggen aan niet-technische personen. Een algoritme kan bijvoorbeeld erg contextgevoelig zijn, en afhankelijk van de situatie wel of niet goed werken. Communicatie is dus cruciaal om ons onderzoek naar de praktijk brengen. We moeten in dialoog gaan met de industrie, en hen inspireren.”

Hoe ziet de toekomst van jullie veld eruit?

“Het aantal bedrijven in robotische chirurgie neemt de laatste jaren sterk toe, en de interesse stijgt. Vroeger was er argwaan tegen robotica bij chirurgen, maar die ebt weg. Er komen ook grotere budgetten vrij. Een technologische trend is daarnaast automatisatie. Artificiële intelligentie kan zo een deel van de procedure automatiseren, denk maar aan de interpretatie van beelden of de controle van de instrumenten. Een deel van de chirurgische taken kan op die manier overgenomen worden door AI in de nabije toekomst, zodat de chirurg zich op andere aspecten kan focussen.” “Er bestaan vandaag voornamelijk twee aanpakken voor bioproductie. Gemengde cultuurbiotechnologie, traditioneel gekoppeld aan ‘vuile’ biotechnologie zoals afvalverwerking en bioremediatie, en pure cultuurbiotechnologie, die plaatsvindt in laboratoriumomstandigheden met behulp van geraffineerde substraten. In de circulaire economie, waarin afval nieuwe grondstoffen zal worden, zal de scheiding tussen de twee moeten vervagen. Succesvolle bioproductietechnologieën die circulariteit mogelijk maken, kunnen namelijk van beide domeinen leren.” “De toekomst ziet er goed uit (lacht). Er is erg veel interesse in AI, en er bestaan veel kansen. Maar tegelijk zijn er ook veel misverstanden. De meningen over AI zijn ook niet altijd even correct. Waar we vandaag op inzetten, zijn zaken zoals mobiliteit en hernieuwbare energie. AI kan meehelpen om klimaatvraagstukken aan te pakken. De AI-systemen van de toekomst zullen opnieuw meer aandacht hebben voor de interactie met de mens, om zo enerzijds beter aan te sluiten bij de voorkeuren van de gebruikers en anderzijds ook te zorgen voor een transparantere communicatie van de beslissingen.”

Groene en circulaire chemie of géén chemie

Hoe zet je afval om in grondstoffen? Hoe optimaliseer je je chemische proces of maak je het groener? Op dit soort vragen zoekt het expertisecentrum Duurzame Chemie van Karel de Grote Hogeschool samen met het bedrijfsleven antwoorden. Het expertisecentrum doet al meer dan 15 jaar praktijkgericht wetenschappelijk onderzoek om de resultaten vervolgens in te zetten in de chemische industrie. De focus ligt daarbij op de valorisatie van nevenstromen, afval dus, en op het gebruik van artificiële intelligentie voor de optimalisatie van chemische producten en processen. Afvalstromen uit de landbouw en de voedingsindustrie worden door de onderzoekers bijvoorbeeld omgezet in natuurlijke gewasbeschermingsmiddelen, antioxidanten en kleurstoffen. Spuislib, een afvalstroom uit de waterzuivering, wordt ingezet in beton- en lijmapplicaties. “Bedrijven komen met hun vragen bij ons en wij zetten onze onderzoeksexpertise in om een duurzame oplossing aan te bieden die ze direct kunnen toepassen in hun bedrijf”, vertelt Jeroen Geuens, hoofd van het expertisecentrum.

‘Daarin verschilt onderzoek aan hogescholen van onderzoek aan universiteiten. De onderzoeksvragen die we behandelen zijn rechtstreeks afkomstig van het werkveld’, vertelt Geuens. ‘We hebben een zeer nauwe band met het chemisch werkveld. Als we merken dat meerdere bedrijven met hetzelfde probleem zitten, starten we een collectief onderzoeksproject rond dit probleem. We betrekken in deze projecten steeds de hele waardeketen, dit wil zeggen bedrijven die met een bepaalde nevenstroom zitten, bedrijven die over de installaties beschikken om deze nevenstroom te verwerken en bedrijven die de chemische componenten die uit deze nevenstroom gebruiken in hun eindproducten. Als we een zeer specifieke nood capteren bij één bedrijf, starten we een zogenaamd dienstverleningsproject op, één-op-één met dat bedrijf.’

In het project Biocolor (2020-2022) worden afvalstromen uit de landbouw en uit de voedingsindustrie verwerkt tot natuurlijke kleurstoffen. Het Vlaamse Inagro en het Nederlandse Delphy, beide onderzoekscentra voor land- en tuinbouw, zorgen voor de aanlevering van de grondstoffen. Het bedrijf Add Essens uit Lokeren kan op industriële schaal extracties van kleurstoffen uitvoeren en zorgt dus voor de opschaling binnen het project. Wat betreft de toepassing van de natuurlijke kleurstoffen worden er 2 opties verkend: textiel en voeding. Voor de toepassing in textiel zijn 3 projectpartners betrokken, namelijk Masureel, Centexbel en het Fashion and Textiles Innovation Lab van HoGent. Food Pilot, onderdeel van ILVO, voert testen uit op het kleuren van yoghurt.

‘We gaan steeds op zoek naar de meest geschikte projectpartners’, zegt Geuens. ‘We beperken ons daarbij niet tot de landsgrenzen of tot de grenzen van universitaire associaties, we staan open voor samenwerking met iedereen die relevante expertise heeft en zijn schouders mee onder het project wil zetten en we werken bij voorkeur interdisciplinair, dat is enorm verrijkend.’

Annelore Wens, onderzoeker op het Biocolor project, vertelt: ‘De focus van het project ligt op duurzame technologieën om de kleurstoffen uit de afvalstromen te extraheren. We gebruiken bijvoorbeeld geen organische oplosmiddelen maar gewoon water als solvent. De resultaten zijn soms verrassend, zo geeft het extract van afval uit rode kool alles behalve een rode of paarse kleur. De eerste testen op textiel zijn veelbelovend. Momenteel wordt bij de projectpartners de kleurvastheid bestudeerd terwijl wij verder werken aan de toepassing in voeding namelijk het kleuren van yoghurt.’ Op de vraag op welke nevenstromen ze al gewerkt heeft antwoordt Wens: ‘Dat zijn er verschillende, bijvoorbeeld ajuinschillen, snoeiafval van liguster, walnoten, afval van avocado’s en mango’s, perskoek uit de fruitsapindustrie zoals van frambozen. We werken ook rechtstreeks op de planten zelf, zo hebben we bijvoorbeeld al experimenten uitgevoerd op tijm, brandnetel, meekrap, wouw en wede.’

‘Het is soms leuk te zien dat één bepaalde nevenstroom kan ingezet worden in verschillende toepassingen’, vult Geuens aan. ‘Zo kunnen we uit dezelfde nevenstroom met water een kleurstof extraheren terwijl we met superkritische CO2 componenten extraheren die als antioxidans kunnen dienen.’ ‘Dit is de toekomst’, zegt Geuens, ‘het volledig benutten van een nevenstroom, er alle waardevolle componenten uithalen. Belangrijk punt hierbij is dat naast de duurzaamheid van de grondstof ook de duurzaamheid van het hele proces niet uit het oog verloren wordt. Een proces kan immers pas duurzaam zijn als het ook economisch duurzaam is. We hebben ons de afgelopen jaren daarom gespecialiseerd in de optimalisatie van extractieprocessen. Hiervoor gebruiken we klassieke, statistische tools maar ook meer geavanceerde technieken zoals algoritmes uit de artificiële intelligentie. Een proces dat optimaal verloopt heeft een lager grondstofverbruik, kost minder energie, heeft dus een kleinere carbon footprint en kost vooral ook minder geld. Dan pas wordt het interessant en industrieel relevant.’