De slimme veren van SpringScan: van cohesieproject naar commerciële potentie

Idee voor een kunstmatige spier

Terug in de tijd. Van de Kamp, van origine bewegingswetenschapper, geïnteresseerd in het vertalen van menselijke capaciteiten naar robotica, maakt kennis met een ontwerp voor een kunstmatige spier: een draadstructuur van zachte polymeren die op commando kunnen krimpen of uitzetten. Door meerdere van deze structuren met elkaar te combineren, zou een vloeiende beweging gemaakt kunnen worden, precies zoals dat gebeurt in de spieren van de mens. Van de Kamp herkent meteen de potentie van het ontwerp voor een futuristisch type robot, opgebouwd uit zachte, buigzame elementen die tegelijkertijd kunnen ‘voelen’ en ‘doen’.

Dromen van een nieuw soort robotica

Hij legt uit: ‘Een robot heeft zowel sensoren en actuatoren nodig. Idealiter worden die met elkaar geïntegreerd, en wel op zo’n manier en met zulke materialen dat de robots een beetje op ons mensen lijken.’ Van de Kamp droomt van een nieuw soort robotica. ‘De huidige generatie industriële robots is opgebouwd uit metalen onderdelen die door motoren aangedreven worden. Als mens kun je daar maar beter uit de buurt van blijven. Als we willen dat mens en robot gaan samenwerken, moeten we aan elastischere materialen en andere aandrijvingsmethoden denken: compliant robotics. ‘Ik ben ervan overtuigd dat dit noodzakelijk is voor het scheppen van een toekomst waarin mens en machine nauw samenwerken’

De miniaturisatie die er niet kwam

Geïntrigeerd door mogelijkheid om een kunstmatige spier te realiseren, haalde Van de Kamp collega’s met complementaire expertise aan boord: Vallery op het gebied van de biomechanica en HosseinNia op het gebied van de regeltechniek die nodig is om de in- en output van al die slimme elementen te verwerken tot een succesvol geheel. ‘Omdat we veel elementen wilden combineren in één systeem, ontstond al snel het idee om die elementen te miniaturiseren. En voortbordurend op het concept van miniaturisatie wilden we ook microrobotica ontwikkelen, opnieuw gebaseerd op het voorbeeld van de natuur. Zo bewegen allerlei micro-organismen en spermacellen zich voort door te bewegen met een staart; ook dat zouden we met onze kunstmatige spieren kunnen namaken.’ Maar ... zover kwam het niet.

Doorbraak

Van de Kamp haalde elektronica-expert Dr.ing. Michael Fritschi (Delft Centre for Systems and Control) bij het project en dat leidde tot een doorbraak: Fritschi ontdekte hoe een helixvormige structuur van ferromagnetisch draadmateriaal ‘uitgelezen’ kan worden. ‘Hoewel de draad nog geen autonome beweging kan maken, kan het wel vormveranderingen voelen zonder dat er een aparte sensor aan hoeft te worden vastgemaakt. Hiermee hadden we de helft van ons beoogde spierelement gerealiseerd.’ En hoewel het principe niet toepasbaar bleek op het microniveau, was het op macroniveau zo’n robuuste en veelbelovende vinding dat de onderzoekers er patent op aanvroegen en het al snel al hun tijd binnen het project begon op te slokken.

Matrassen

Maar wat kun je dan met een slimme veer? Van de Kamp: ‘De meest voorkomende helische structuren zijn veren. En die zijn overal te vinden, dus toepassingsgebieden genoeg. Ik zocht naar een technologisch eenvoudige toepassing om mee te beginnen.’ Geheel per toeval legde hij de link met matrassen. ‘Ik had net een matras gekocht en was niet helemaal tevreden. Het zou afgestemd zijn op mijn lichaam maar dat leek niet helemaal gelukt.’ Die personalisatie zou toch beter moeten, dacht hij. ‘Toen realiseerde ik: dat kunnen wij!’ Tot dusver worden matrassen op hun eigenaar afgestemd door diens lichaam op te meten en het BMI te bepalen. Op basis daarvan worden delen van de matras bijvoorbeeld wat stijver gemaakt. Een matras voorzien van de slimme veren van Fritchi en Van de Kamp zou alle gegevens kunnen leveren om precies te bepalen welke delen stijver gemaakt moesten worden en welke niet. Van de Kamp trok de stoute schoenen aan en nam contact op met een matrassenfabrikant, die meteen enthousiast reageerde. ‘Het was iets waar ze zelf ook al over het nadenken waren. Binnen een paar maanden hadden we een complete testmatras ontwikkeld, en deze wordt nu al in een winkelomgeving gebruikt. Het concept is op de grootste Europese meubelbeurs gedemonstreerd en heeft veel aandacht getrokken.’

Carrièrewending

Met het succes van SpringScan heeft Van de Kamp’s carrière een wending genomen. ‘Ik heb zo’n vijftien jaar lang onderzoek gedaan. Het gekke is: sinds ik besloot mij volledig op ons bedrijf te richten, heb ik er geen seconde meer over nagedacht. Het is hartstikke leuk.’ Hij vervolgt: ‘Carrières kun je niet van tevoren plannen, die ontvouwen zich. Onderzoek leidt soms tot wetenschappelijke resultaten, soms tot uitstekend onderwijs en soms tot doorbraken met commerciële potentie.’

Toepassingen

Opmerkelijk genoeg is de slimme veer die SpringScan nu in matrassen verwerkt niet veel anders dan het allereerste prototype van zoveel jaar geleden. ‘Wetenschappelijk gezien zijn er eigenlijk nog veel parameters te optimaliseren, maar daar zijn we gewoon nog niet aan toegekomen. We hebben veel tijd gestoken in de software en interface.’ Wellicht dat daar in de komende jaren verandering in zal komen. ‘Misschien kan over een paar jaar ons werk aan matrassen in een autonome divisie ondergebracht kunnen worden, zodat wij ons op nieuwe toepassingsgebieden kunnen richten. Zo kunnen bijvoorbeeld de veren in vrachtwagens slim gemaakt worden en zo nuttige data opleveren. En op de langere termijn kunnen we misschien ook wel wat betekenen op het gebied van de e-health.’

Vlam van de multidisciplinaire samenwerking

De kiem voor het patent en het bedrijf is tijdens het cohesieproject gelegd. ‘Toen we begonnen, werd er al samengewerkt tussen meerdere disciplines om tot innovaties op het gebied van de robotica te komen. Hierbij waren bijvoorbeeld biomechanische ingenieurs, materiaalkundigen en regeltechnici betrokken. Hoewel mijn project een andere kant op is gegaan, gaat het onderzoek naar kunstmatige spieren aan de TU Delft nog steeds daar en wordt de traditie van multidisciplinaire samenwerking nog steeds vervolgd.’ SpringScan heeft daarnaast veel te danken aan de Afdeling Precision & Microsystems Engineering, in de persoon van Prof. Just Herder. Hij steunde de startende ondernemers in het aanvragen van Take-Off subsidie van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). Van de Kamp: ‘Met mijn nulaanstelling aan de TU Delft blijf ik een lijntje houden met de universiteit.’

Factor geluk

Wat is het geheim van SpringScan’s succes? Van de Kamp weegt zijn woorden zorgvuldig. ‘Succes kun je niet zomaar in het lab plannen. Je moet met de voeten in de klei gaan staan.’ Maar daarnaast speelt de factor geluk ook een rol, legt hij uit. ‘Dat wordt niet snel toegegeven. Ik heb me altijd voorgenomen, als SpringScan echt een succes wordt, dan zal ik nooit verzwijgen dat het voor een deel geluk is geweest.’ Geluk of niet, sinds zijn cohesieproject is Van de Kamp in een wervelwind terecht gekomen. De website van SpringScan is nog niets meer dan een logo, maar de ontwikkelingen gaan snel. ‘Kom over een jaar nog een keer langs,’ zegt Van de Kamp, ‘dan zul je zien hoeveel er veranderd is.’