Chiptechnologie zit achter de grote transities van onze tijd. Van elektrische auto’s tot windmolens en computers om AI-modellen te trainen, chips zijn stukjes die in veel puzzels passen, inclusief de gezondheidszorg, waarbij halfgeleiders ontwrichtende ontwikkelingen mogelijk maken.
Waarom dit belangrijk is:
De rol van de halfgeleiderindustrie is nog altijd even belangrijk nu chips een belangrijke rol spelen bij de ontwikkeling van betere innovaties op alle technologische gebieden.
Dit jaar viert imec, het Belgische toonaangevende onderzoeksinstituut voor micro-elektronica, zijn veertigste verjaardag. Sinds zijn oprichting heeft het instituut zich in de voorhoede van het halfgeleideronderzoek gepositioneerd, door uit te breiden buiten Vlaanderen en onderzoekslaboratoria te openen in de Verenigde Staten, Nederland en Japan, om er maar enkele te noemen. Dit jaar hield imec ook zijn vlaggenschip ITF World (imec Technology Forum) in Antwerpen, met twee dagen keynotes en breakoutsessies rond de industrie en zijn onderzoeksinspanningen.
Op de uitgebreide demovloer stelden imec-wetenschappers hun onderzoeksprojecten voor. Hier zijn vijf van de projecten die ons opvielen.
1. Emissiemetingen
De stikstofcrisis is alomtegenwoordig in Nederland, omdat de landbouw manieren moet vinden om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Het One Planet Research Center in Wageningen sluit aan bij deze missie en streeft naar een duurzamere voedselproductieketen.
Als onderdeel van zijn onderzoeksinitiatieven ontwikkelt het centrum chiptechnologie om de uitstoot van methaan en stikstof als gevolg van landbouwactiviteiten te meten. Daarbij werken wetenschappers samen met boeren om de uitstoot te volgen. De chips van One Planet kunnen bijvoorbeeld pieken in de lokale uitstoot als gevolg van mestverplaatsingen in realtime opsporen. Als gevolg daarvan helpen wetenschappers boeren om betere praktijken toe te passen, zoals de frequentie van het sproeien van water in stallen. Het belangrijkste is dat dit project door het verzamelen van gegevens en bewijs over landbouwpraktijken, besluitvormers betrouwbare hulpmiddelen wil bieden die ze kunnen gebruiken.
2. Gelokaliseerde elektrische zorg
Medicijnen werken niet voor iedereen en kunnen ongemak en ernstige bijwerkingen veroorzaken bij mensen die een medicamenteus zorgpad volgen. Elektrische stimulatie van organen, waaronder de hersenen, is in opkomst als alternatief, waardoor patiënten een gelokaliseerd therapiealternatief krijgen. Ook imec-onderzoekers van het Holst Centre in Eindhoven doen onderzoek naar perifere zenuwstimulatie (PNS).
PNS bestaat uit het veranderen van de elektrische activiteit van neurale vezels en het verzenden van elektrische signalen. Dit resulteert in orgaangerichte behandeling die patiënten van pijn verlost. Imec-onderzoekers ontwerpen piepkleine implanteerbare chips om PNS verder te bestuderen en mogelijk een alternatief voor of aanvulling op medicamenteuze zorg bij zenuwgerelateerde ziekten te bieden.
3. Sensoren voor vitale functies van autopassagiers
Strengere regels voor de veiligheid van passagiers vereisen dat autoconstructeurs sensoren inbouwen om de vitale functies van passagiers aan boord te controleren. Bij imec verkennen verschillende onderzoeksprojecten verschillende technologische pistes om deze sensoren te ontwikkelen.
Eén manier om dit te doen is door het combineren van nabij-infrarode lasers en speckle plethysmografie (SPG). Deze techniek analyseert de veranderingen in spikkelpatronen als gevolg van de interactie tussen bloedcellen en lasers. Imec ontwikkelt sensoren die in de cockpit van een auto kunnen worden geïntegreerd om de hartslag en ademhaling van passagiers te detecteren. Op dezelfde manier onderzoekt een andere onderzoeksgroep het gebruik van hoogfrequente radar – tot 140 GHz – om vitale functies uit de huid van passagiers te halen. Hoewel deze technologie zeer nauwkeurig is, is ze erg duur. Daarom gebruiken de wetenschappers ook ultrabreedbandradar (UWB), een technologie die al in auto’s wordt gebruikt.
4. Organen bestuderen met chips
Organ-on-a-chip technologie dient twee doelen: het bestuderen van ziekten en het beter begrijpen van de werking van organen. Deze technologie bootst de activiteit van organen en weefsels na op silicium, waardoor dierproeven overbodig worden.
Wetenschappers van imec presenteerden hun organ-on-a-chip technologie op een van de demo stands. Een van de zwaartepunten is gepersonaliseerde geneeskunde en het ontdekken van geneesmiddelen. Onderzoekers toonden modellering van de bloed-hersenbarrière, een selectief membraan dat de chemische overdracht van bloed naar de hersenen regelt. Met dit model bestuderen ze de interactie tussen bloed, cellen en mogelijke medicijnen.
5. Beeldvorming van het netvlies
Volgens de Portugese schrijver Paulo Coelho zijn “de ogen de spiegel van de ziel”. Voor medische onderzoekers zijn de ogen een poort om meer te weten te komen over de gezondheidstoestand van een patiënt. Het is zelfs zo dat veel gezondheidsproblemen, waaronder tumoren, maar ook vasculaire en seksueel overdraagbare aandoeningen, ontdekt kunnen worden door naar het netvlies te kijken.
Optische coherentie tomografie (OCT) is een geavanceerde techniek om het netvlies van het oog te scannen met behulp van omvangrijke en dure apparaten. Imec ontwikkelt on-chip OCT, waarmee de weg wordt vrijgemaakt voor compactere apparaten die zelfs huisartsen kunnen bereiken. Op deze manier kunnen meer scans worden uitgevoerd en kunnen ziekten vroegtijdig worden ontdekt.
