Vijf jonge TU Delft onderzoekers ontvangen ERC Starting Grant
De European Research Council (ERC) heeft de ERC Starting Grants voor jonge onderzoekers bekend gemaakt. Vijf van deze jonge onderzoekers zijn werkzaam bij TU Delft. Deze Europese subsidie van 1,5 miljoen euro is voor een onderzoeksprogramma van vijf jaar en is bedoeld om individuele wetenschappers hun eigen teams te laten opbouwen en baanbrekend onderzoek te doen.
De ontvangers van een ERC Starting Grant voor TU Delft zijn:
Nerve-Repair2.0 - Biologisch afbreekbare MEMS implantaten voor zenuwherstel
Clementine Boutry – Elektrotechniek, Wiskunde & Informatica (EWI)
Biologisch afbreekbare technologieën bieden veel voordelen voor de ontwikkeling van nieuwe medische implantaten, vooral voor toepassingen waarbij ze slechts tijdelijk nodig zijn. Door dergelijke implantaten van biologisch afbreekbare materialen te maken, is er geen tweede operatie nodig om de implantaten na hun gebruiksperiode te verwijderen.
Clementine Boutry heeft een ERC Starting Grant ontvangen voor haar project Nerve-Repair2.0, waarin haar team biologisch afbreekbare MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)-implantaten voor zenuwherstel zal ontwikkelen, een nieuwe klasse microsystemen die volledig uit biologisch afbreekbare materialen bestaan, inclusief sensoren, actuatoren (mechanismen die beweging veroorzaken) en elektrische circuits.
Elk jaar doen zich in Europa naar schatting 300.000 gevallen voor van trauma-gerelateerde perifere zenuwbeschadigingen. Deze letsels resulteren in een gedeeltelijk of volledig verlies van motorische, sensorische en autonome functies. Bij ernstig letsel herstellen bij minder dan 25% van de patiënten de motorische functies en bij minder dan 3% de gevoelsfuncties. Het versnellen van de hergroei van de zenuw is een cruciale factor, omdat het beschadigde deel van de zenuw na het letsel snel afsterft. Het is dus echt een race tegen de klok. Het onderzoek van dr. Boutry zal zich richten op een nieuwe therapeutische aanpak gebaseerd op haar eerdere Marie Curie onderzoek en op recente klinische bevindingen: de mechanische stimulatie van perifere zenuwen om hun hergroei te versnellen. Het Nerve-Repair2.0 project zal zich richten op twee verschillende medische implantaten: 1) een eerste implantaat dat draadloze cyclische mechanische stimulatie geeft aan de afgescheurde zenuw, 2) een tweede implantaat met een implanteerbare biologisch afbreekbare MEMS micropomp die constante tractie geeft, met de bijbehorende biologisch afbreekbare sensoren.
Er zijn hoge verwachtingen van klinische therapieën voor beschadigde zenuwen. De ontwikkeling van nieuwe functionele biologisch afbreekbare materialen (met aangepaste magnetische, elektrische, mechanische en chemische eigenschappen) en aangepaste productieprocessen in cleanrooms zullen de realisatie van volledig biologisch afbreekbare microsystemen mogelijk maken, met behoud van de bekende voordelen van MEMS (kleine afmetingen, hoge precisie, snelle reactietijd, laag energieverbruik, betrouwbare productie op grote schaal). Naast de neurowetenschappen zal Nerve-Repair2.0 de weg vrijmaken voor andere medische toepassingen, waaronder hartziekten, met als doel cruciale maatschappelijke uitdagingen aan te pakken die anders niet opgelost zouden kunnen worden.
RECALLCO2 - Selectieve CO₂-reductie naar CO en alcoholen zonder platina of edelgroepelektroden
Tom Burdyny – Technische Natuurwetenschappen (TNW)
De elektrochemische omzetting van CO2 in grondstoffen op basis van koolstof is een van de weinige technologische routes die fossiele brandstofderivaten kunnen vervangen. Ondanks de aanzienlijke vooruitgang zijn er echter grote uitdagingen die de belofte van CO2 elektrolyse in de weg staan. Cruciaal is dat de gestage verzuring van CO2-elektrolyzers tijdens het gebruik momenteel het gebruik van anodes op basis van iridium noodzakelijk maakt. Dit is onaanvaardbaar vanuit het oogpunt van kosten en beschikbaarheid van grondstoffen. Meer fundamenteel, terwijl CO2-reductie tot CO, formiaat en ethyleen zeer selectief is geworden, is de productie van alcoholen met hoge energiedichtheid en hoge selectiviteit moeilijk te realiseren. Om deze barrières te overwinnen, zijn nieuwe wetenschappelijke benaderingen nodig.
RECALLCO2 zal iridiumafhankelijkheden en niet-selectieve alcoholproductie in CO2 elektrolyse oplossen door een combinatie van nieuw elektrochemisch celontwerp en de ontwikkeling van moleculaire katalytische architecturen die bestaande fundamentele beperkingen doorbreken. Op het gebied van systeemontwerp zal ik de reagens-, ionen- en waterstromen micromanipuleren om nikkelcorrosiepaden te remmen die momenteel iridiumanoden nodig hebben. Dit zal de allereerste intrinsiek stabiele CO2-elektrolyzer zijn die nikkelanoden kan gebruiken.
Een tweede pijler is het concept dat sterke elektronische koppeling van metaalcomplexen aan metaalelektroden redoxgestuurde reactiepaden op moleculaire katalysatoren kan elimineren. Dit is in tegenspraak met tientallen jaren werk waarbij koolstofelektroden als drager werden gebruikt. Koppeling met een metaalelektrode zal elektronoverdracht loskoppelen van de oxidatietoestanden van een moleculaire katalysator en het katalytische gedrag, dat momenteel reacties beperkt tot 2 elektronen, fundamenteel veranderen. Zo worden CO2-reductieproducten zoals methanol (6 elektronen) en ethanol (12 elektronen) levensvatbaar. Door gebruik te maken van deze contra-intuïtieve benadering zal ik de alcoholsynthese veel verder brengen dan de state-of-the-art selectiviteit en reactiesnelheden, waardoor de productie van deze verbindingen opnieuw veelbelovend wordt.
ADAPT-OR - Adaptieve transportsystemen met holistische weergave van vraag en aanbod
Bilge Atasoy – Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek & Technische Materiaalwetenschappen (3mE)
Vervoerssystemen zijn complex met verschillende entiteiten op verschillende besluitvormingsniveaus. Er is momenteel geen allesomvattende manier om deze entiteiten en hun interacties te modelleren, waardoor het volledige potentieel van het systeem niet kan worden benut. Voor efficiënt en duurzaam transport moeten we het perspectief van zowel de aanbodzijde (bijv. diensten, infrastructuur) als de vraagzijde (bijv. voorkeuren van gebruikers) modelleren. Alleen dan kan een holistisch modelleerraamwerk worden ontwikkeld waarbij de beslissingen op verschillende niveaus van elkaar leren en continu op een robuuste manier worden aangepast terwijl de verschillende voorkeuren worden meegenomen.
Ik stel een holistisch adaptief modelleerraamwerk voor dat rekening houdt met de interactie tussen verschillende niveaus, zowel aan de vraag- als aan de aanbodzijde, om de beslissingen aan te passen in de richting van meer efficiëntie en duurzaamheid. Dit vereist een paradigmaverandering in het modelleren, omdat het een uitdaging is om robuustheid te behouden over verschillende tijdschalen op netwerkniveau. Hoewel geïntegreerde modellen voor meerdere besluitvormingsniveaus (strategisch, tactisch, operationeel) een trend zijn, laten ze alleen een reactieve ex-post beoordeling toe, maar zijn ze niet dynamisch gekoppeld (niet zelflerend). Ik ben van plan om dit te bereiken door modelgebaseerde adaptieve optimalisatie- en leermethoden te ontwikkelen met mijn expertise op het gebied van optimalisatie en gedragsmodellering. Bijvoorbeeld, op basis van de prestaties van de routeringsbeslissingen op operationeel niveau in termen van vertragingen, de beslissingen over de vloot
ADAPT-OR zal leiden tot nieuwe modellen en algoritmen voor transportonderzoekers (en daarbuiten) met zelflerend vermogen. Dit vermogen zal dienstverleners in staat stellen om hun bedrijf aan te passen en in stand te houden, gebruikers om betere diensten te ontvangen en de maatschappij om duurzame transportoplossingen te bereiken die een van de grote uitdagingen van de EU aanpakken.
VenusVolAtmos - Cycli van vluchtige elementen op Venus: Implicaties voor de evolutie van de door broeikassen gedomineerde atmosfeer van Venus
Edgar Steenstra – Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek (LR)
Venus lijkt qua dichtheid, grootte en samenstelling op de aarde. Toch evolueerden beide lichamen zo dramatisch verschillend dat Venus nu een onbewoonbare broeikasatmosfeer heeft, in tegenstelling tot de gunstige bewoonbare omstandigheden op Aarde. Ondanks alarmerende parallellen met de door CO2 veroorzaakte opwarming van de aarde, blijft het ontstaan en de evolutie van de broeikasatmosfeer van Venus slecht begrepen. Problematisch is dat de huidige modellen geen rekening houden met de belangrijke effecten van vulkanische ontgassing en interactie tussen atmosfeer en oppervlak doorheen de geschiedenis van Venus.
Door de CO2-rijke atmosfeer van Venus is de oppervlaktedruk 90 keer hoger dan op Aarde. Vulkanen op Venus zullen ontgassen onder zeer verschillende omstandigheden, wat resulteert in verschillende vulkanische gassamenstellingen en gasfluxen naar de atmosfeer. Beperkingen op de vluchtigheid en de bijdrage van magmatische vluchtige stoffen aan de samenstelling van de atmosfeer van Venus zijn van cruciaal belang om de omvang en de timing van vulkanische activiteit op Venus te begrijpen, vooral in het licht van de komende Venusverkenningsmissies. Interactie tussen de atmosfeer, vulkanische gassen en het oppervlak van Venus speelt waarschijnlijk een sleutelrol in het bepalen van vluchtige fluxen, maar wordt slecht begrepen onder omstandigheden die relevant zijn voor het oppervlak van Venus. Het gebrek aan dergelijke uitdagende experimenten verhindert een gedetailleerde beoordeling van de vluchtige cyclus en atmosferische evolutie van Venus.
Ik zal de vroegere en huidige flux van vluchtige elementen van binnen naar de atmosfeer op Venus kwantificeren. In een zeer multidisciplinaire aanpak zal ik 1) baanbrekende hoge P-T experimenten uitvoeren die magma ontgassing op Venus en atmosfeer-gas-rots interacties nabootsen, 2) state-of-the-art (in situ) analyses van gasspeciatie en reactiesnelheden gebruiken en 3) deze resultaten integreren in numerieke modellen om kwantitatieve vluchtige fluxen voor Venus te verkrijgen. Dit werk maakt het mogelijk om het inwendige en de atmosferische evolutie van Venus nauwkeurig opnieuw te evalueren en zal een solide kader bieden voor toekomstige verkenningen van Venus.
MesoClou - De rol van mesoschaal wolken in het klimaatsysteem beter kwantificeren
Franziska Glassmeier – Civiele Techniek en Geowetenschappen (CiTG)
Klimaatprojecties zijn essentieel voor de maatschappij daar waar het gaat over het maken van klimaatbeleid ten gevolge van klimaatverandering. Ze gaan echter ook gepaard met grote onzekerheden. Volgens de laatste evaluatie van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) blijven wolken de grootste bron van deze onzekerheid. Dit geldt met name voor de wolkenvelden op de mesoschaal: opvallende wolkenpatronen van honderden kilometers boven de subtropische en tropische oceanen. Hoewel ze duidelijk zichtbaar zijn in satellietbeelden, ontbreekt het ons aan concepten en gereedschap om hun evolutie in de tijd adequaat te modelleren.
Om deze onzekerheid van de mesoschaal wolken te verkleinen, zal het project een methodiek ontwikkelen om wolken op de mesoschaal conceptueel beter te begrijpen en kwantitatief te voorspellen op basis van de tijdsontwikkeling van satellietbeelden. Dit vereist een fundamentele verandering van perspectief: in plaats van wolkenprocessen van onderaf te onderzoeken, zal de nieuwe aanpak zich direct richten op het emergente gedrag op de mesoschaal. Voortbouwend op het recente werk van de hoofdonderzoeker, zal de nieuwe methodiek bewolking op de mesoschaal vastleggen als een datagestuurd complex systeem. Deze karakterisering zullen nieuwe inzichten in de rol van wolken in klimaatprojecties mogelijk maken: Ten eerste zal het observatie-informatie bevatten die nog niet eerder is gebruikt om de onzekerheid over het wolkenklimaat te verminderen, namelijk hoogfrequente fluctuaties van mesoschaal satellietbeelden. Ten tweede zal de betrouwbaarheid objectief worden beoordeeld van de state-of-the-art bewijslijnen. Dit gebeurt op basis van hoe goed ze wolkenprocessen op verschillende schalen vastleggen. Deze nieuwe methodologie op basis van nooit eerder gebruikte gegevens zal het mogelijk maken de rol van wolken in het klimaatsysteem beter kwantificeren.
Over ERC Grants
De ERC, opgericht in 2007 door de Europese Unie, is de belangrijkste Europese financieringsorganisatie voor excellent grensverleggend onderzoek. Het financiert creatieve onderzoekers van alle nationaliteiten en leeftijden voor projecten in heel Europa. De ERC biedt vier kernsubsidieregelingen: Starting Grants, Consolidator Grants, Advanced Grants en Synergy Grants. Met zijn aanvullende subsidieregeling ‘Proof of Concept’ helpt ERC de kloof te overbruggen tussen hun baanbrekende onderzoek en de eerste fasen van de commercialisering ervan.
ERC persbericht met volledige lijst Starting Grants.