De gevoelige wereld

Het opgemaakte artikel vindt u op pagina 28 en 29 van het zomernummer van TNO Time.

We gebruiken ze voor de inspectie van trainrails, voor het monitoren van patiënten en het stroomlijnen van productieprocessen. Sensoren zijn overal. TNO Time sprak drie TNO-ers over de sensorisering van onze wereld. “Een fabriek waar geen mensen nodig zijn, die richting gaan we op.”

“Zeker driekwart van de TNO-ers heeft in zijn werk met sensoren te maken. Dat is logisch, in onze samenleving zijn ze ook alom vertegenwoordigd. Op ons lichaam, in huizen, in de stad”, vertelt TNO-er Frank van den Bogaart. De lamp op het toilet springt automatisch aan, auto’s hebben adaptive cruise control en onze telefoon weet waar we zijn – dankzij sensoren.

Van den Bogaart is via de topsector High Tech betrokken bij de roadmap voor sensorystemen en geïntergreerde systemen op chips. “Bijna niet te doen”, lacht hij. “Het gaat over de hardware van de sensoren, maar vooral ook om de systemen daarachter. Over de dataverwerking, de toepassingen, , over hoe er met de gebruiker wordt gecommuniceerd. Daar komt bij dat sensoren worden ingezet van de medische wereld tot in de tuinbouw.” De ontwikkeling van sensorsystemen omvat eigenlijk alle technologische ontwikkelingen, van miniaturisering tot big data. Van den Bogaart schetst de trends: “Sensoren worden kleiner en goedkoper, ze kunnen meer en hebben minder stroom nodig. En we worden snel beter in het interpreteren en gebruiken van hun meetgegevens.”

Dat samen schept nieuwe technologische mogelijkheden. Van den Bogaart: “Vanaf volgend jaar hebben nieuwe vrachtauto’s verplicht een radarsysteem. Dat meet de snelheid, maar ook de afstand tot de voorganger, zodat de wagen automatisch kan remmen. Dat kleine doosje kost minder dan de autoradio. Al had je dat gewild, dat had twintig jaar terug niet gekund: te duur en te groot - een radarsysteem was toen nog een hele kast. Zó snel gaat het dus.” Enthousiast: “Trek die lijn maar door naar de toekomst.”

Personenauto’s krijgen volgend jaar een systeem dat automatisch 112 belt bij een stevige botsing. De alarmcentrale ontvangt dan meteen de positie van de auto. Sensoren nemen dus niet alleen de wereld voor ons waar; ze staan ook aan de basis van intelligente systemen, die taken van ons overnemen.

Peter Laloli: “Het is niet alleen dat elektronica kleiner, goedkoper en beter is geworden; het is ook de netwerktechnologie die dingen mogelijk maakt waar we vroeger niet eens van konden dromen.” Laloli’s specialisme zijn sensornetwerken. Een van zijn projecten is het sensornetwerk van TNO op de Van Brienenoordbrug. De aangebrachte sensoren meten trillingen, geluid, temperatuur en rek; doel is om slijtage van de brug in beeld te brengen. Een ander project is bij de Apenheul, waar een intelligent camerasysteem de gorilla’s volgt. Het publiek krijgt te zien waar de gorilla’s verstopt zitten. Het is ook de bedoeling dat het systeem gedrag leert herkennen: wie is de dominante aap, is een aap minder actief dan normaal? In beide projecten zit de grote moeilijkheid in de interpretatie van de meetgegevens. Laloli: “Je moet eerst leren hoe een brug zich normaalgesproken gedraagt, voor je afwijkende waarden kan herkennen. Stel dat iemand die nog nooit de zee heeft gezien, de beweging van het water gaat bestuderen. Als het vloed wordt, denkt hij ‘straks verdwijnt het strand’. Na een tijdje leert hij dat hij zich daarover geen zorgen hoeft te maken. Met de brug is het net zo: wat is normaal, wat niet? Dat is uitdagend, hoe leer je het systeem afwijkende data te herkennen?”

“De kunst bij sensorsystemen is dat we zo efficiënt mogelijk zo effectief mogelijk moeten zijn”, benadrukt Laloli. Want iedere geïnstalleerde sensor kost geld, heeft stroom nodig én levert een berg meetgegevens. Die stroom moet worden ingedamd. “Daarom is de ontwikkeling van intelligente sensoren belangrijk. Die geven bijvoorbeeld alleen een signaal naar het basisstation, als hun meetwaarden opvallend zijn. Als ze ineens hogere waarden meten dan ervoor, of als hun meetwaarde afwijkt van die van de buursensoren.”

Anton Duisterwinkel ziet het interpreteren van alle sensordata ook als een van de grootste uitdagingen. “Het aantal sensoren groeit drastisch, er wordt steeds meer data heen en weer geschoven. De kunst is er daadwerkelijk wat zinvols mee te doen. Daarnaast blijf het zaak om gevoeligere, efficiëntere en kleinere sensoren te ontwikkelen.” TNO ontwikkelt onder andere sensoren in glasvezel. In de vezel wordt een rooster aangebracht, dat bij veranderende temperatuur of rek de reflectie van de vezel verandert. “Het handige is dat de glasvezel voeding, sensor en uitleeskanaal in één is.” De fibers worden bijvoorbeeld gebruikt om bij sleutelgatoperaties de lichaamstemperatuur te registreren of om in vliegtuigvleugels rek te meten. Door op een fiber coatings aan te brengen, die op verschillende omgevingsfactoren reageren, ontstaat een multi-inzetbare sensor. Duisterwinkel ziet het gebruik van dit type sensoren hard groeien, bijvoorbeeld voor kwaliteitsbewaking in productieprocessen: “Het toekomstbeeld is de fabriek waar het licht uitkan, omdat sensoren het productieproces nauwlettend volgen. De mensen werken dan niet meer in die lawaaierige hallen, maar houden zich bezig met het onderhoud van de machines, of productontwerp.”

Wil je dat wel meten?

“Sensoren op en rond het lichaam nemen een grote vlucht”, verwacht TNO-er Frank van den Bogaart. Nu al kan een radarsensor de ademhaling van patiënten monitoren. “Nieuwe technologie begint vaak in het ziekenhuis en breidt dan uit naar gezonde mensen. Die monitoren nu ook hun hartslag en bloeddruk. Ik verwacht ook sensoren die de samenstelling van je zweet meten.” Hoe dichterbij de sensoren komen, hoe belangrijker de ethische vragen. TNO-er Peter Laloli: “Je ziet een verschuiving in de maatschappij, we wennen aan sensoren.” Denk de sensoren in de mobiele telefoon, waardoor Google weet waar je bent. Of de securityscanners op Schiphol, die door kleding scannen. Eerst omstreden, nu geaccepteerd. Laloli verwacht dat de slimme elektriciteitsmeter dezelfde weg gaat. “Bij TNO lopen we op de troepen vooruit, dat maakt het werk boeiend. Maar soms maakt dat het lastig in te schatten of nieuwe technologie zal worden omarmd of weerstand oproept”, aldus Laloli. Zoals een systeem voor ouderen, dat een centrale waarschuwt bij een val – geweldig, of een inbreuk op de privacy? Een camerasysteem dat hooligans volgt of zwemmers in zee? Laloli: “Belangrijke discussies, die wij bij TNO ook voeren.”