Professor Jost Göttert spreekt in een euregio campus-interview over het innovatieve Duits-Nederlandse HIT-project op het gebied van oppervlaktechemie.

Het HIT Institute van de Hochschule Niederrhein biedt een OPEN LAB SPACE voor bedrijven en universitair onderzoek.
In het D-NL-HIT-project worden partners uit de verf-, coating- en lijmindustrie in het Duits-Nederlandse grensgebied uitgenodigd om geavanceerde oplossingen te gebruiken voor de ontwikkeling van hun volgende generatie producten.

Het Interreg-project HIT is het grootste transferproject in de geschiedenis van de Hochschule Niederrhein. Waar gaat het om en welke doelen streeft het project na?

Kort gezegd gaat het om het ontwikkelen van marktklare oppervlakteproducten -of het nu gaat om verf, coatings, lijmen of zelfs 3D-printmaterialen – met behulp van moderne methoden van high-throughput automatisering, effectieve databeheer en innovatieve modellering. We zijn begonnen met het idee van een high-throughput systeem, waarmee een groot aantal formules en recepten systematisch en uitgebreid geproduceerd, getest en geoptimaliseerd kunnen worden tot volwaardige producten.

Intussen zijn er innovatieve machine learning algoritmen ontwikkeld die, samen met krachtige hard- en software, de chemici effectieve hulpmiddelen bieden voor hun werk en hen ondersteunen bij de ontwikkeling van een digitaal model – de digitale tweeling – van de formuleringstaak in een iteratief proces. Met dit model worden de gewenste producteigenschappen virtueel geoptimaliseerd en hoeven ze alleen nog maar selectief en willekeurig te worden getest. Daarmee begint het digitale tijdperk ook in de oppervlaktechemie door te dringen.

Vertel ons over de “iHIT Solution Engine”. Wat maakt die machine zo bijzonder en wie kan er baat bij hebben?

De iHIT Solution Engine is een proces dat de eisen van een formulering op zeer efficiënte wijze omzet in een echte formulering. Het proces begint met een intensieve, deskundige bespreking van de taak. Dit resulteert in randvoorwaarden voor de formulering, bijvoorbeeld het aantal additiven en pigmenten, de hoeveelheid bindmiddel of de selectie van verschillende indicatorsystemen en een specificatie van hoe alles wordt gemengd, toegepast, uitgehard en uiteindelijk getest. Ons machine learning algoritme vertaalt deze informatie in concrete experimenten, die nu kunnen worden uitgevoerd en geanalyseerd met het high-throughput systeem of in een traditioneel laboratorium. Op basis van de tijdens het proces verkregen data, die worden doorgegeven aan het algoritme voor evaluatie, stelt het algoritme nieuwe experimenten voor en begint het proces weer interactief van begin af aan.

Het interessante en nieuwe aan deze aanpak is dat zelfs met een bescheiden aantal experimenten (doorgaans 50-100) het algoritme voor maximaal 10 invoervariabelen tegelijkertijd, d.w.z. de grondstoffen van de formulering, verschillende eigenschappen zoals kleur, glans, hardheid, slijtvastheid of hechting kan optimaliseren, en deze voorspellen met zijn model, de digitale tweeling.

Hierdoor wordt niet alleen het ontwikkelingsproces drastisch ingekort, maar worden ook de kosten gereduceerd, omdat er tot 5 keer minder experimenten hoeven te worden uitgevoerd. Bovendien is het nu mogelijk om met behulp van de digitale tweeling de eigenschappen van andere formules uit dezelfde grondstoffen systematisch te onderzoeken in een virtueel experiment, en dan hoeven alleen nog maar de beste formuleringen getest te worden. Hierdoor verschuift een aanzienlijke hoeveelheid onderzoek en ontwikkeling naar de parallelle digitale wereld.

Wat betekenen het D-NL-HIT project en de “iHIT Solution Engine” voor de kennisregio euregio campus? Leidt dit tot een concurrentievoordeel voor de regio?

De interesse van het midden- en kleinbedrijf (MKB) uit Nederland en Duitsland alleen al in het voorafgaande onderzoek, D-NL Technologie Kompetenzverbund funktionale Oberfläche (TKV FO), naar de toonaangevende high-throughput technologie en de digitalisering op dit gebied was vrij hoog. Voor ons bij HIT, het instituut voor oppervlaktetechniek van de Hochschule Niederrhein, maar ook voor onze projectpartners, is dit het begin van het digitale tijdperk van de oppervlaktechemie. Dit ontwikkelingsproces brengt belangrijke veranderingen met zich mee binnen de hogeschool en bij de aangesloten partnerbedrijven. Zo is het nu bijvoorbeeld vanzelfsprekend dat interdisciplinaire onderzoeksteams met experts op het gebied van chemie, elektrotechniek, automatiseringstechnologie en datamanagement samen met bedrijfsexperts onderzoek doen naar innovatieve producten, om deze vervolgens met onze industriële partners tijdig op de markt te brengen.

Dit proces is niet zelfsturend, maar vereist openheid voor innovatie, het vermogen om in een team te werken, digitale competentie en de bereidheid om nieuwe ideeën te testen in ‘snelle scrum sprints’, om ze indien nodig snel weg te gooien, of om ze in verdere sprints tot producten te ontwikkelen. Dit heeft nu al een blijvend effect op onze opleiding en bijscholing, en vanwege Corona maken we ook meer gebruik van de mogelijkheden die digitale communicatie biedt. Als (conversie)regio dicht bij de grens hebben we deze dingen nodig om te kunnen overleven in de technologische concurrentiestrijd op regionaal, nationaal en internationaal niveau – we hebben de voorwaarden geschapen en zijn voorbereid op de concurrentiestrijd.

Hoe belangrijk is grensoverschrijdende samenwerking in het onderzoek op het gebied van functionele oppervlakken?

Zowel regionale samenwerking als gezamenlijke grensoverschrijdende samenwerking met partners in het Duits-Nederlandse grensgebied zijn voorwaarden om voorbereid te zijn op de internationale concurrentiestrijd en daarin ook te slagen. Ik heb het interdisciplinaire teamaspect van het oplossen van de technische uitdagingen al genoemd. Door samen te werken in de grensregio versterken we ook de regionale voordelen en maken we gebruik van de vaak aanvullende mogelijkheden en capaciteiten van de partners.

Met D-NL-HIT, Oberflächenzentrum HIT, de iHIT Solution Engine en het partnernetwerk creëren we een gemeenschappelijke, moderne, digitale basis om de uitdagingen van innovatieve functionele oppervlakteoplossingen te ontwikkelen, rekening houdend met de duurzaamheidsdoelstellingen. Alleen samen kunnen we deze oplossingen vinden voor de meest uiteenlopende toepassingen en ze als innovatieve producten vanuit euregio campus op de wereldmarkt brengen.

Hit-Institute