Maakbare turbulentie met slimme deeltjes

Het eerste project dat geleid wordt door TU/e, heeft als doel het ontwerpen van turbulentie in vloeistoffen. Turbulentie is overal om ons heen (denk aan snel stromende rivieren, of rook uit een schoorsteen), maar is erg lastig te manipuleren of regelen, omdat het de neiging heeft snel terug te keren naar zijn oorspronkelijke toestand (d.w.z. statistisch gelijk op elk punt en in elke richting), zeker op kleine schaal.

Geïnspireerd door de natuur - zoals de dynamica van stuifmeel, bacteriën en algen – gaan de onderzoekers op zoek naar manieren waarop ze turbulente stromingen kunnen ontwerpen door er zogenaamde ‘slimme’ deeltjes aan toe te voegen. Dankzij hun complexe vorm of magnetische eigenschappen, hebben deze deeltjes het vermogen om de stroming te beïnvloeden in heel specifieke regionen.

Projectleider Federico Toschi van de faculteit Technische Natuurkunde ziet een enorm industrieel potentieel voor deze innovatieve technieken om stromingen minder of meer turbulent te maken. Mogelijk toepassingen zijn de procesindustrie, opwekking van energie, chemie en voedselverwerking. Andere TU/e-onderzoekers die betrokken zijn bij dit project, zijn Herman Clercx en Rudie Kunnen.

Neurale netwerken ontrafelen

Het tweede project dat geleid wordt door de TU/e, probeert een dieper inzicht te verkrijgen in neurale netwerken. Neurale netwerken staan aan de basis van een revolutie in ons dagelijks leven - waarbij complexe taken als spraakherkenning of gemotoriseerd verkeer worden geautomatiseerd door middel van machine learning - maar worden vanuit theoretisch perspectief nog altijd slecht begrepen. En dat is een enorme belemmering om het volledige potentieel van neurale netwerken te benutten, zegt projectleider Wil Schilders van de faculteit van Wiskunde en Informatica.

Om de sprong te maken van technisch succes naar wetenschappelijke innovatie zal het project verschillende benaderingen hanteren. Daarbij zullen wiskundigen, computerwetenschappers, natuurkundigen en astronomen samen proberen de neurale netwerken te doorgronden. Dat doen ze enerzijds door het integreren van specifieke domeinkennis in deze netwerken, en anderzijds door het ontwerpen van methoden die er betekenis aan kunnen ontlenen De inzichten worden gebruikt om twee problemen op het gebied van de fysica en de astronomie aan te pakken.

Andere TU/e-onderzoekers die betrokken zijn bij dit project, zijn Barry Koren, Federico Toschi en Jim Portegies.

Overgang van topologische isolatoren

Het derde door de TU/e geleide project dat een Groot-subsidie ontvangt, richt zich op zogenaamde topologische isolators, die kunnen helpen bij het blootleggen van de ongrijpbare Majorana-deeltjes - een veelbelovende bouwsteen voor een kwantumcomputer. Een topologische isolator - een van de meest opwindende bevindingen in de gecondenseerde materiaalfysica - is een materiaal dat isoleert aan de binnenkant van een nanodraadje, maar geleidend is aan het oppervlak of aan de rand.

Het belangrijkste doel van het project is om een overgang te laten zien van een topologische kristallijne isolator (TCI) naar een topologische isolator van hogere orde (HOTI), waarbij de geleidende oppervlaktetoestanden naar de randen of hoeken van de isolator bewegen. Nanodraden van tintelluride, de TCI's in deze studie, zullen worden veranderd in HOTI's door de selectieve toepassing van een elektrisch veld of door de groei van de zijwanden die niet op elkaar zijn afgestemd.

De groep van Erik Bakkers aan de faculteit Technische Natuurkunde gaat werken aan de groei van de kristallijne structuren. Zij zullen onderzoeken of zich Majorana-quasideeltjes en parafermionen vormen op het grensvlak tussen HOTI's en supergeleiders, en hun eigenschappen bestuderen.

Meer informatie over het werk van Erik Bakkers is te vinden in deze longread. 

Het ontcijferen van het collectieve gedrag van kankercellen

Onderzoekers van de TU/e zijn ook betrokken bij een Groot-project dat wordt geleid door de universiteit van Leiden. Dat richt zich op het proces van uitzaaiing, het vermogen van kankercellen om zich te verplaatsen naar omliggende weefsels of andere organen. Er zijn aanwijzingen dat metastasering optreedt in clusters van kankercellen, in plaats van in individuele cellen. Op dit moment wordt het voordeel van dit collectieve gedrag slecht begrepen.

De onderzoekers van de TU/e zullen op twee verschillende manieren bijdragen aan het project. Ten eerste zullen Liesbeth Janssen en Kees Storm (Technische Natuurkunde) werken aan de ontwikkeling van analytische modellen om het individuele en collectieve gedrag van kankercellen te bestuderen. Ten tweede zal Jaap den Toonder (Werktuigbouwkunde) microfluïdische chips ontwikkelen die het mogelijk maken om in het lab de verspreiding van tumorcellen in micromilieus te bestuderen.

NWO Groot 

In de NWO Open Competitie ENW - GROOT kunnen onderzoekers zich als onderdeel van een consortium aanmelden voor nieuw, fundamenteel onderzoek in de onderzoeksgebieden van het NWO-domein. De oproep wordt eens in de twee jaar gepubliceerd. Van de 92 consortia die zich hebben aangemeld, waren er 20 succesvol. Zij krijgen samen meer dan 47 miljoen euro.