Opto-mechatronics

Markten

De expertise van TNO op het gebied van opto-mechatronica wordt toegepast in drie markten:

• TNO heeft een uitstekende staat van dienst op het gebied van ruimtevaart-instrumentatie: spectrometers voor aardobservatie en de bijbehorende kalibratieapparatuur; communicatiemodules en mechanismen. Meerdere instrumenten werden met succes gelanceerd en zijn momenteel in een baan om de aarde in gebruik.
• TNO ontwikkelt modules en apparatuur voor de halfgeleiderindustrie, gericht op sensoren, metrologie en lithografieconcepten. TNO is ook de toonaangevende expert op het gebied van reinigingstechnologie voor deze markt.
• TNO ontwikkelt een breed scala aan sensoren en actuatorsystemen voor de big science faciliteiten, zoals de ITER kernfusie reactor, de KM3NET neutrino-detector en grote astronomische telescopen.

Technologie lijnen

De afdeling Optomechatronica ontwikkelt nieuwe kennis binnen vier technologielijnen:

• Ultra-stabiele systemen - Of we nu werken aan deeltjesdetectoren, spectrometers, maskerloze lithografie of mechanische structuren voor grote optiek: nanometer-stabiliteit is het terugkerende thema.
• Nano-mechanische instrumenten - hier combineren we onze kennis van het ontwikkelen van instrumenten met een diepgaand begrip van natuurkundige verschijnselen op nanoschaal. We vertalen scanning probe technologie van de laboratorium-omgeving naar de industriele praktijk, zoals voor halfgeleider metrologie en biomedische toepassingen.
• Actieve en adaptieve optiek – We ontwikkelen prototypes van instrumenten en volledige systemen, zoals pointing mechanismen, vervormbare spiegels, laser guide stars en geavanceerde regeltechniek, voor toepassingen in optische communicatie, grondgebonden astronomie en lichtbronnen voor lithografie.
• Smart Industry – bij de ‘digitalisering van de industrie’ richten wij ons op het overzien van de puzzel en het bij elkaar brengen van de bedrijven die elk een stuk van de oplossing hebben en het invullen van de ontbrekende stukjes. We werken aan concepten voor ‘zero-defect’ productie door in-line meten en regelen, en voor verkorten van omsteltijden door het koppelen van verschillende hardware- en softwaresystemen om ‘zero programming’ mogelijk te maken.

Technische expertise

De onderzoeksgroep Optomechatronica heeft meer dan 70 medewerkers van 10 verschillende nationaliteiten. Naast onze hoofdactiviteit, het ontwikkelen van werkende prototypes, hebben we een aanzienlijke wetenschappelijke output op het gebied van patenten en publicaties. We zijn ook gastheer voor 5 tot 10 promovendi en MSc-studenten. Onze experts werken in de volgende disciplines:

• Mechanisch ontwerp wordt gedreven door de vraag naar extreme structurele stabiliteit, hoge specifieke stijfheid en sterkte, en extreem voorspelbaar bewegingsgedrag, vaak in beperkte volumes. Kennis van statisch bepaald construeren en van de interactie tussen mechanica en optische componenten zijn sleutelelementen in de ontwikkeling van goede instrumenten.
• De regeltechniek in optomechatronische systemen wordt gebruikt voor het bereiken van een hoge onderdrukking van verstoringen en van robuuste systeemprestaties. Onze regeltechnische oplossingen maken gebruik van meerdere sensoren en actuatoren met een hoge bandbreedte en worden vaak toegepast in een real-time setting in combinatie met speciaal ontwikkelde elektronica. Ontwerpmethoden zijn onder meer loop-shaping, optimal control, gekoppeld MIMO-ontwerp, niet-lineaire en adaptieve control.
• Nanomechanica houdt zich bezig met het begrijpen van de interacties van elektromagnetische en kwantum/mechanische golven met materie op nanoschaal, en de bijbehorende niet-lineairiteiten en instabiliteiten. Met deze kennis ontwikkelen we nieuwe meetconcepten, die veel verder gaan dan de beperkingen van klassieke oplossingen in termen van nauwkeurigheid, snelheid of gevoeligheid.
• System engineering en -architecture houdt zich bezig met conceptueel ontwerp en trade-offs in alle technische disciplines over alle fasen van een project, om een optimale balans te bereiken tussen technische prestaties, doorlooptijd en kosten. Het omvat zowel het creatieve proces om tot de kern van een technische uitdaging te komen en oplossingen te genereren, als het formele system engineering proces dat nodig is om een hoog-risico ontwikkelingsproject te sturen.