Geavanceerde instrumentatie brengt vele state-of-the-art technologieën en verschillende disciplines samen voor het ontwerp van complexe systemen, vaak voor concrete toepassingen, zoals in wetenschappelijk onderzoek, voor industriële productie, of bij hoogwaardige medische technologie.

Dit programma richt zich op geavanceerd instrumentarium binnen vier thema's:

1. ultra sensitive detectoren
2. high-performance optica
3. bestendig instrumentarium voor extreme omstandigheden
4. complexe systeemintegratie

Het consortium beoogt hiermee een intensievere samenwerking tussen kennisinstellingen en bedrijven, waardoor de Nederlandse high tech sector toegang krijgt tot innovatieve technologieën.

Looptijd programma: 4 jaar | 2024 - 2027

Vraagstelling

De Nederlandse maakindustrie van onderzoeksinstrumentarium is internationaal onderscheidend en draagt significant bij aan de economische groei van de hightech sector. Betrokken kennisinstituten hebben een leidende positie door de ontwikkeling van innovatieve en unieke instrumentatie, waarvoor samenwerking met industrie essentieel is. Dit strategisch programma concentreert zich op zowel de front-end als de back-end componenten van instrumentatie, met een specifieke focus op aspecten die de waarneming en/of beeldkwaliteit van het instrument beïnvloeden. Binnen de front-end ligt de nadruk op geavanceerde optische systemen en de ontwikkeling van nieuwe ultra sensitive detectoren met verhoogde en gespecialiseerde gevoeligheid, terwijl de back-end gericht is op snelle en (energie-)efficiënte verwerking en interpretatie van signalen.

Onderzoeksinstrumentarium moet vaak extreme omstandigheden doorstaan, zoals ultra-hoog-vacuümomgevingen, biologisch steriele omgevingen en extreme temperaturen zoals die voorkomen bij heet plasma of cryogene toepassingen. Het creëren van extreme omstandigheden en instrumenten die hiertegen bestand zijn, en het ontwikkelen van specifieke subsystemen zoals een geavanceerde bron binnen een instrument, vormen eveneens een belangrijk aandachtspunt binnen dit programma. Daarmee is ook complexe systeemintegratie een essentieel aspect van het strategisch programma Advanced Instrumentation.

Doelstelling

Met dit strategisch programma willen we de Nederlandse high tech industrie meer toegang geven tot kennis binnen instituten en kennisinstellingen. Hiermee creëren we een hotspot van innovatie om de Nederlandse hightech bedrijven unieke voordelen te geven. Op dit moment bouwen kennisinstellingen door hun rol binnen internationale grootschalige wetenschappelijke infrastructuren veel kennis op. In dergelijke infrastructuren is aanzienlijk potentieel voor innovatie en kennisuitwisseling met het bedrijfsleven, dit is echter voor kleinere bedrijven nog niet voldoende toegankelijk.

Dit strategisch programma probeert het aantal verbindingen tussen kennisinstellingen en bedrijven die opereren in het veld van geavanceerd instrumentarium te vergroten door meer publiek-private samenwerkingen aan te gaan.

Aanpak

Dit strategisch Pprogramma versterkt zowel de Nederlandse kennisinfrastructuur als de kennispositie van Nederland op internationaal niveau. Nauwe samenwerking met het bedrijfsleven verbetert ook de valorisatiemogelijkheden van de betrokken kennisinstellingen. Door publiek-private samenwerkingen zal niet alleen fundamentele kennis worden opgedaan, maar zal deze kennis door inzet van Nederlandse bedrijven zich kunnen vertalen in de ontwikkeling van nieuwe producten, apparaten en processen. Projecten die binnen dit strategisch programma uitgevoerd worden, kunnen leiden tot meer toepassingsgericht vervolgonderzoek bij hogescholen en industrie.

Relatie met urgente transities, KIA's en technologieën

Urgente transities

• Sleuteltechnologieën: het strategisch programma Advanced Instrumentation sluit goed aan bij meerdere hoofdcategorieën van sleuteltechnologieën (Advanced Materials; Photonics and Optical Technologies; Digital and Information Technologies; Engineering and Fabrication Technologies)
• Energietransitie: binnen dit strategisch programma zullen een aantal projecten worden uitgevoerd waarin technologieën worden ontwikkeld ten behoeve van instrumentatie voor kernfusie- en plasmadiagnostiek. Ook verwachten we projecten voor de ontwikkeling van technologieën voor solar fuels, bijvoorbeeld instrumenten voor materiaalselectie, de productie van groene waterstof, of synthetische brandstoffen.
• Digitalisering (Artificial Intelligence; Data Science, Data Analytics and Data Spaces).

Kennis en Innovatie Agenda's

• KIA Maatschappelijk verdienvermogen: doorbraken in onderdelen of (sub)systemen hebben vaak een bredere toepassing. Investeren in Big Science technologieën heeft een bewezen effect op het maatschappelijk verdienvermogen (Tjong Tjin Tai, S.Y., J. van den Broek en J. Deuten (2019). De impact van grootschalige onderzoeksinfrastructuren – Een meetmethode voor de return on investment van internationale onderzoeksfaciliteiten. Den Haag: Rathenau Instituut). Daarnaast drijft onderzoeksinfrastructuur hoogwaardige technologische ontwikkelingen, die jaren later toepassing vinden in de high tech industrie.
• KIA Klimaat en Energie: binnen dit strategisch programma willen we met PPS projecten instrumenten ontwikkelen om wetenschappelijke ideeën te valideren die toepassing zullen vinden bij een toekomstige energiecentrale, zoals fusie. Daarnaast focussen we op instrumentatie om materialen te fabriceren en analyseren ten behoeve van energieopwekking, energieconversie, synthetische brandstoffen en energieopslag.
• Overige KIA’s: hoewel dit strategisch programma sterk gericht is op “maatschappelijk verdienvermogen” en naar verwachting meerdere projecten zullen aansluiten bij de KIA “Klimaat en Energie”, is het plausibel dat sommige projecten ook aansluiten bij één van de andere KIA’s. Zo zal instrumentarium voor materiaalanalyse bij doorontwikkeling ook worden ingezet bij afvalscheiding, en daarmee bijdragen aan een “circulaire economie”. Geavanceerde optica kan bredere toepassing vinden bij grondgebonden astronomie en ook worden gebruikt door Defensie, en daarmee bijdragen aan “veiligheid”.

Technologieën 

Advanced Instrumentation verbindt wetenschappelijk onderzoek, toegepast onderzoek en productontwikkeling om de Nederlandse innovatiekracht en concurrentiepositie te versterken. Hiermee willen we private bedrijven en publieke onderzoekers aanmoedigen om samen te werken in een vroeg stadium van technologische ontwikkeling (lage Technology Readiness Level, TRL) en daarmee de focus van wetenschappelijk onderzoek te verscherpen, gezamenlijk R&D prioriteiten voor Nederland te identificeren, risico’s te verminderen en de kwaliteit en efficiëntie van huidige en nieuwe productieprocessen te verbeteren. Concreet richt dit strategisch programma zich op mogelijkheden voor Nederlandse bedrijven om (wetenschappelijke) geavanceerde instrumentatie mede te ontwikkelen en produceren, waarbij het waarborgen van hoge kwaliteitsnormen van Nederlandse output een vereiste is.

Voor projecten binnen dit strategisch programma zijn verschillende technologieen essentieel, zoals systems engineering, electronics en photonics. Zo focust de roadmap systems engineering op het verbeteren en verfijnen van (nieuwe) processen voor systeemintegratie. Dergelijke processen worden toegepast in dit strategisch programma voor innovatie binnen ontwikkelingen, instrumenten en technologiëen. De roadmap Advanced Instrumentation richt zich typisch op lagere TRL ontwikkelingen. Succesvolle technologieën en instrumenten die breed worden gedragen, vinden vervolgens veelal raakvlakken met andere roadmaps, zoals high tech materials, semiconductor manufacturing equipment, space en smart industry. Bij doorontwikkeling kunnen innovaties voor specifieke industriële en/of maatschappelijke toepassingen worden geïmplementeerd.

De belangrijkste onderzoeksfaciliteit in het DIFFER PSI-lab is Magnum-PSI, 's werelds krachtigste lineaire plasmagenerator. Deze machine kan de omstandigheden simuleren waaraan kritische onderdelen in toekomstige fusiereactoren worden blootgesteld. Een “cascaded arc“ plasmabron produceert een heet, compact plasma dat door een supergeleidende magneet naar het doel wordt geleid. Er wordt gebruik gemaakt van een veelheid aan diagnostiek om het plasma en het wandmateriaal tijdens en na de blootstelling te analyseren. Onderzoekers van over de hele wereld komen naar Magnum-PSI om plasma-wand-interacties tijdens en na langdurige blootstelling te bestuderen.