Kwantum-sensortechnologie is een van de meest opwindende innovaties van de afgelopen jaren. Het maakt zeer nauwkeurige metingen mogelijk en luidt een nieuw tijdperk in voor het hele gebied van de meettechnologie. Tot nu toe waren er echter nog grote opstellingen nodig voor metingen met kwantumtechnologie. Quantum Technologies, een start-up uit Leipzig, Duitsland, heeft een compacte magneetveldsensor ontwikkeld die een baanbrekend alternatief vormt. Deze sensor is de eerste in zijn soort die zowel compact als gebruiksvriendelijk genoeg is voor gebruik in de industrie.
Maar wat zijn de speciale eigenschappen van de magnetometer? Wat heeft de sensor te maken met een elektrische gitaar? En hoe kan de sensor worden gebruikt in de industrie? In een interview met onze productmanager voor Automation Technology & Active Components, Tobias Wölk, en Robert Staacke, oprichter van Quantum Technologies, nodigen we u uit om een kijkje te nemen achter de schermen van de productontwikkeling van de quantumsensor.
Het interview
Robert Staacke is Managing Director bij Quantum Technologies, een kleine start-up met vier werknemers. Staacke leidt niet alleen het jonge bedrijf, hij is ook het “loopmeisje”: productontwikkelaar, marketingteam, laserveiligheidsfunctionaris. Hij veegt tafels in het lab en houdt altijd het overzicht.
Wölk: Met welke vragen en problemen houdt u zich momenteel het meest bezig in uw werk?
Staacke: Mijn belangrijkste taak is het vinden van toepassingen voor klanten. Er zijn zoveel manieren om onze sensor te gebruiken. We moeten deze mogelijkheden bekendmaken bij de juiste mensen in de industrie.
Wölk: En wat vindt u het leukste aan uw werk?
Staacke: Het is zo gevarieerd. Het leukste vind ik het bespreken van mogelijke toepassingen met klanten en potentiële klanten. Steeds weer blijkt hoe divers de toepassingsgebieden zijn en uit welke verschillende gebieden geïnteresseerden komen: of het nu gaat om hoogspanning, materiaaltesten of zelfs een vraag over gebruik in lawinerugzakken.
Hoe het idee van de kwantumsensor ontstond
Wölk: Hoewel de kwantumtechnologie begon met het onderzoek van Max Planck aan het begin van de 20e eeuw, is de technologie pas de laatste 30 jaar echt doorgebroken en dus nog relatief nieuw. Wanneer kwam u voor het eerst in contact met kwantumtechnologie?
Staacke: Dat was tijdens mijn studie. Ik heb mijn bachelor in halfgeleiderfysica gedaan, maar dat was een beetje te saai voor me. Daarom ben ik overgestapt naar nucleaire vastestoffysica. Daar leerde ik ook mijn eerste dingen over diamanten en kwantumtechnologie. Dat inspireerde me echt! Daarna heb ik mijn masterscriptie op het gebied van sensortechnologie gedaan bij professor Meyer. Hij begeleidde ook mijn doctoraalscriptie, die de bal aan het rollen bracht voor Quantum Technologies.
Wölk: Waar ging je doctoraalscriptie over?
Staacke: Ik heb mijn proefschrift geschreven over “NV-centra (stikstof-vacantiecentra) in diamant” – het concept waarop onze huidige sensoren zijn gebaseerd. In die tijd realiseerde ik me dat dit niet alleen een interessante wetenschappelijke theorie is, maar ook geschikt voor praktische toepassing.
Wölk: Hoe is dit idee ontstaan?
Staacke: Het was een grappig verhaal – eigenlijk toeval. Kort na Kerstmis bracht professor Meyer ons een basgitaar die zijn zoon cadeau had gekregen. Hij vroeg of we de diamantsensortechnologie konden gebruiken om er een pickup voor te bouwen. Het was eigenlijk een gek idee, maar toen dachten we erover na en realiseerden we ons dat het zo stom nog niet was. Dus ontwikkelden we een experimentele opstelling. En uiteindelijk ontwikkelde onze magnetometer zich hieruit. Het grappige idee veranderde in iets echt nuttigs.
Wölk: Wat een verhaal! Had je meteen het gevoel dat het een speciaal product kon worden?
Staacke: Nee, dat is pas ontstaan tijdens het onderzoekswerk. Als doctoraalstudent natuurkunde heb je niet zoveel inzicht in de markt. Maar het werd al snel duidelijk dat het soort kwantum sensor dat we wilden ontwikkelen nog niet bestond. Voorheen konden deze metingen alleen worden uitgevoerd met laboratoriumopstellingen die nooit in de industrie konden worden gebruikt omdat ze te groot en te complex zijn.
De grote uitdaging: industriële geschiktheid
Wölk: Dus dat was je grootste uitdaging? Het product zo klein en eenvoudig mogelijk maken?
Staacke: Precies! Vanaf het begin was ons doel – en tegelijkertijd onze grootste uitdaging – om een product te ontwikkelen dat geschikt is voor industrieel gebruik voor de massamarkt. Het uitgangspunt was daarom om de sensor zo klein en eenvoudig mogelijk te ontwerpen. Toen we met ons onderzoek begonnen, was het heel normaal dat een opstelling zo groot was als een eettafel – vol met dure en zeer complexe optische componenten. We moesten dus uitzoeken wat weggelaten en vereenvoudigd kon worden, ook al was de fysica van de sensor zo gecompliceerd. We moesten er ook voor zorgen dat de technologie die we gebruikten in grote hoeveelheden kon worden geproduceerd.
Wölk: Ik vind deze benadering van schaalbaarheid erg interessant, omdat het de reeks mogelijke toepassingen enorm vergroot. Je kunt de sensor niet alleen gebruiken bij de kwaliteitscontrole of in de productie, maar ook in het eindproduct. Een lawinerugzak is misschien een extreem voorbeeld, maar je kunt je het gebruik ervan in elektromotoren goed voorstellen.
Staacke: Precies, in principe heeft niemand er iets aan als je een hele tafel op je rug moet binden of de hele auto moet volladen met lasers en andere componenten alleen maar om een of andere meting te krijgen. Het moet zinvol zijn en gebruikers echt toegevoegde waarde bieden. De grootte is hierbij een doorslaggevende factor – ook bij de aankoopbeslissing.
Wölk: Was er een mijlpaal in de ontwikkeling waar u bijzonder trots op was?
Staacke: Ja, toen we erin slaagden om het diamantmateriaal op de glasvezel te krijgen. Dat was de grootste stap die ons de meeste vooruitgang heeft gebracht.
Wölk: Wat betekent dat voor de sensor?
Staacke: Het betekent dat ons product galvanisch geïsoleerd is en puur optisch functioneert. Onze diamant zit alleen op het uiteinde van de glasvezel. Dat bestaat nog niet. Dit betekent dat je direct in een motor of zelfs een generator metingen kunt doen, bijvoorbeeld in de luchtspleet, waar je anders niet bij zou kunnen.
Wölk: Het klinkt alsof je je oorspronkelijke doel hebt bereikt. Wat is voor u het grootste succes?
Staacke: Het winnen van de AMA Innovation Award op Sensor + Test dit jaar.
Wölk: U hebt toch ook de gevestigde industriegiganten verslagen?
Staacke: Ja, als kleine start-up is dat natuurlijk bijzonder mooi – wat niet wil zeggen dat we het onze grote concurrenten niet hadden willen gunnen.
Wölk: Maar het spreekt in het voordeel van jullie idee.
Staacke: Ja. De jury bestond uit een breed veld van sensortechnologie en industrie. Het feit dat kwantumsensortechnologie in deze kring wordt erkend en gewaardeerd, betekent veel voor ons.
Is de Duitse industrie klaar voor kwantumsensortechnologie?
Wölk: U hebt de vakjury dus overtuigd. Welk punt is voor u belangrijk om ervoor te zorgen dat de magnetometer ook bij een groot aantal industriële bedrijven in de smaak valt?Staacke: Het is vooral belangrijk dat de gebruiker zich geen zorgen hoeft te maken over de achterliggende kwantummechanische fysica, maar de sensor gewoon kan gebruiken. De gebruiker krijgt de meetwaarden die hij nodig heeft en kan er meteen mee aan de slag. Ze hoeven niet bekend te zijn met kwantumfysica om de sensor te kunnen gebruiken.
Wölk: U neemt waarschijnlijk ook de angst weg om in contact te komen met kwantumtechnologie.
Staacke: Ja, het product is uiteindelijk heel eenvoudig te gebruiken – ook al is de technologie erachter ingewikkeld.
Wölk: Dat betekent dat niets een grootschalig gebruik in de industrie in de weg staat. Is dat de visie die u hebt voor de sensor?
Staacke: Precies. Dat is ons doel, vooral op de lange termijn. Voor sommige gebieden zou de sensor zelfs over de hele linie gebruikt kunnen worden, bijvoorbeeld in de energiesector, die momenteel radicale veranderingen ondergaat. Onze magnetometer zou bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden voor het monitoren van windturbines, wat momenteel een belangrijk onderwerp voor de toekomst is.
Wölk: Dankzij het compacte formaat en de nauwkeurige metingen zijn er zeker toepassingen voor een aantal industrieën en sectoren.
Staacke: Ja, we praten met klanten uit veel verschillende sectoren en zien dat er veel interesse is. Een ander groot toepassingsgebied waar je misschien niet meteen aan denkt, is niet-destructief materiaalonderzoek. Met onze zeer kleine sensor kunnen we op veel krappe plaatsen komen en zelfs kleine defecten detecteren. Een ander belangrijk toepassingsgebied is positionering. Hierbij gaat het om het nauwkeurig controleren van een positie of het aanpassen van een afstand. Telkens als ik met nieuwe potentiële klanten praat, open ik nieuwe toepassingsgebieden.
Wölk: Staan uw gesprekspartners in de bedrijven open voor de kwantumsensortechnologie of moet u nog veel overtuigen?
Staacke: Dat varieert. Sommige bedrijven zijn nog erg onder de indruk dat het zelfs mogelijk is om magnetische velden puur optisch te meten. Andere – vooral bedrijven met grote ontwikkelingsafdelingen – zijn al goed ingevoerd en zien een groot toepassingspotentieel. In de meeste gevallen hebben ze al van ons gehoord en benaderen ze ons met concrete ideeën.
Wölk: Welke kansen biedt de kwantumsensortechnologie voor bedrijven?
Staacke: Dat is natuurlijk nog moeilijk in te schatten, omdat we nog helemaal aan het begin van deze ontwikkeling staan. Je moet ook oppassen dat je kwantumsensortechnologie niet op één hoop gooit met kwantumcomputing. Maar kwantum sensortechnologie gaat niet over supersnelle berekeningen, maar over heel specifieke toepassingen voor metingen. We werken met magnetische veldsensoren en kunnen deze gebruiken om nieuwe gebieden te ontsluiten en toepassingen te vinden die voorheen niet mogelijk waren. Op andere gebieden zullen we veel preciezer kunnen meten. Er komen veel meer en verschillende toepassingsmogelijkheden voor bedrijven.
Wölk: Welke voorwaarden zou u willen zien om dit potentieel te realiseren?
Staacke: Het is waarschijnlijk hetzelfde als met elke nieuwe technologie: we zouden graag zien dat de industrie deze in een vroeg stadium omarmt – niet pas wanneer deze al volledig is ontwikkeld. Bijvoorbeeld door in een vroeg stadium samen te werken aan nieuwe ontwikkelingen. We zijn te klein om miljoenen te investeren in een ontwikkeling die uiteindelijk niet bij de bedrijven past. Hier hebben we uitwisseling, ondersteuning en samenwerking nodig.
Wölk: Zijn de kaarten in uw voordeel hier in Duitsland?
Staacke: Ik denk het wel, ook al staan Duitse bedrijven in eerste instantie vaak sceptisch tegenover innovaties. Maar omdat we al met zoveel geïnteresseerde bedrijven praten, ben ik optimistisch. Het onderwerp wordt ook gepromoot door de Duitse overheid en ondersteund met onderzoeksgelden. Ik denk dat iedereen zich realiseert dat dit een belangrijk onderwerp voor de toekomst is.
Wölk: En als u naar uw eigen toekomst kijkt: Wat zijn uw volgende doelen met Quantum Technologies?
Staacke: Natuurlijk werken we verder aan onze magneetveldsensor. In onze tweede ontwikkeling, die we momenteel doorzetten, gaan we van klein naar groot. We ontwikkelen een magneetveldcamera die een groter gebied vastlegt – natuurlijk ook met een goede resolutie.
Wölk: Ah, dus het gaat in de richting van kwaliteitscontrole?
Staacke: Precies, inline testen, kwaliteitscontrole, niet-destructief materiaalonderzoek. Het principe is vergelijkbaar met onze huidige sensor. Alleen in plaats van wat diamantmateriaal op het uiteinde van de vezel te hebben, bedekken we een groter gebied – ongeveer zo groot als een visitekaartje – met het diamantmateriaal en bekijken we het met een camera. Hierdoor krijgen we miljoenen meetpunten met een normale camera en kunnen we tegelijkertijd het magnetische veld over een groot gebied meten.
Wölk: Ik vind het mooi hoe je kwantumtechnologie kunt combineren met reeds bewezen technologie – vergelijkbaar met de kwantumsensor met de vezel.
Staacke: Ja, alles blijft puur optisch. We hebben eigenlijk ons huidige idee genomen en het nog wat verder uitgedacht.
Wölk: En hebt u ook ideeën die verder gaan dan sensortechnologie op de middellange of lange termijn? Bijvoorbeeld in de richting van kwantumcomputing of communicatie?
Staacke: Op de lange termijn zullen we misschien op een gegeven moment afstappen van sensortechnologie, ja. Maar op de korte termijn hebben we nog zoveel ideeën die we met de huidige technologie nog niet kunnen realiseren dat we voorlopig goed bezig zijn op het gebied van sensortechnologie.
Quick Fire Round
Wölk: Dit brengt ons bij onze laatste vragenronde: hier kun je uit de losse pols antwoorden.
Staacke: Oké!
Wölk: Hoe zou u uw werk aan mijn oma uitleggen?
Staacke: Ja… niet zo eenvoudig. We meten magneten door diamanten groen te belichten en te zien welk rood er terugkomt.
Wölk: Wat is volgens u de belangrijkste technische uitvinding die tijdens uw leven is gedaan?
Staacke: Zo oud ben ik nog niet. Ik zou zeggen de algemene technische miniaturisatie sinds de jaren negentig. Er is sindsdien zoveel gebeurd. Als kind had ik een toren die hoger was dan een tafel – hij had 32 MB RAM. Nu heb je een hele computer in je hand als smartphone.
Wölk: Wat was uw favoriete technologische speelgoed als kind?
Staacke: Dat was zeker LEGO – ik hield vooral van de LEGO treinbaan! Ik had een elektrische spoorweg waarvan je het voltage kon verhogen. Ik legde er wissels en rails mee onder de salontafel van mijn oma en reed dan met een trein. Maar ik hield ook van LEGO-autoversnellingsbakken. Het belangrijkste was LEGO!
Wölk: Hebt u later ook LEGO Mindstorms geprobeerd?
Staacke: Ja, later. Ik bouwde een onderdeel met aanraaksensoren dat kon rondrijden.
Wölk: Laten we blijven terugkijken: Welke retrotechnologie (dat kan een technologie, een programma of een apparaat zijn) zal voor altijd in je hart blijven?
Staacke: Cameratechnologie – vooral analoge camera’s. Ik heb een oude boxcamera van rond 1930, met alleen een kleine lens en een fotorolletje achterop. Ik gebruik hem soms nog steeds en hij werkt nog steeds. Ik vind dat heel fascinerend.
Wölk: En als we naar de toekomst kijken: Over welke technische gadget of innovatieve technologie ben je op dit moment het meest enthousiast?
Staacke: AI-hardware. Ik ben ook een fervent gamer en ik vind AI-technologie voor grafische kaarten erg fascinerend.
Wölk: Wat zou er eindelijk moeten worden uitgevonden om je leven gemakkelijker te maken?
Staacke: Nog betere AI zodat ik zelf geen teksten meer hoef te formuleren. Dat werkt al vrij goed met ChatGPT, maar het is niet iets wat ik graag doe.
Wölk: En tot slot een heel analoge vraag: wat is uw favoriete bezigheid als u niet met technologie bezig bent?
Staacke: Uit eten gaan – een lekker zevengangendiner met een wijnarrangement.
Hartelijk dank aan de heer Robert Staacke voor het interessante interview!
