23/07/2024
Door Ad Spijkers
Een robotarm in een fabriek die herhaaldelijk dezelfde beweging maakt, is iets van het verleden, aldus wetenschappers aan de Rijksuniversiteit Groningen. Ze werken samen met hightech bedrijven zoals ASML om productieprocessen steeds meer autonoom te maken.
Het maken van een chip is een volledig geautomatiseerd proces; daar komt bijna geen mens meer aan te pas. Maar de elektronica wordt steeds kleiner en kan steeds meer, waardoor de productie van chips nog nauwkeuriger moet. Dat betekent dat de apparatuur die de chips produceert bij de kleinste veranderingen in temperatuur of luchtvochtigheid in de fabriekshal net even anders moet worden ingesteld. Dat gaat de menselijke capaciteit te boven. Een sensor daarentegen heeft een kleine verandering meteen opgepikt.
Platte silicium wafer
Een dun silicium plaatje, een silicium wafer, vormt de basis van een chip. Het ligt onder een laser die er lagen van onderling verbonden patronen op nanoschaal op aanbrengt. De silicium wafer moet netjes plat liggen; zodra de laser wat schuin op het oppervlak valt, is de lichtbundel uit focus en geeft dat onnauwkeurigheden.
Daarom ontwikkelen wetenschappers in Groningen samen met ASML een vervormbare wafer table waarop de silicium wafer perfect plat mee komt te liggen. Ze gebruiken daarvoor een piëzo-materiaal dat op een specifieke locatie uitzet wanneer daar een stroompje doorheen gaat. Daardoor kan elk stukje van de wafer table in hoogte worden aangepast. Een raster van vijf horizontale en vijf verticale stroomkabels is genoeg om het grid aan te sturen, in plaats van de vijftig kabeltjes die met de bestaande technologie nodig zouden zijn.
Automatisering van complexe systemen
Een wafer table is echter slechts één onderdeel van de machine die een chip maakt. Zo’n onderdeel wordt dan bijvoorbeeld gemaakt door een expert op het gebied van piëzo-materialen, terwijl een andere expert de algoritmes aanlevert om het geheel aan te sturen. Een ingenieur van ASML weet misschien uit ervaring dat een component alleen onder bepaalde omstandigheden goed functioneert.
De wetenschappers in Groningen brengen automatisering aan in het ontwerpproces. Ze werken onder meer aan wiskundige methodes om dergelijke complexe systemen in onderdelen uit te splitsen. Het kan dan gaan om complexe systemen zoals de machines in een chipfabriek, maar ook een zelfrijdende auto of een slim energiesysteem. Het kernidee is om op een wiskundig precieze manier te formuleren waaraan elk onderdeel moet voldoen.
Dat maakt het mogelijk dat verschillende ontwerpteams daar goed over kunnen communiceren, en misschien zelfs onderhandelen over welk eisen absoluut belangrijk zijn, terwijl andere eisen misschien versoepeld kunnen worden.
Samenwerking
Robots die een product samenstellen, moeten met elkaar communiceren. De één verzamelt de benodigde materialen, de ander zet het in elkaar. Wanneer de eerste robot bijvoorbeeld het gewicht van een onderdeel al weet, geeft hij dat door aan volgende robots, die van deze informatie gebruik kunnen maken. Maar net als bij mensen moet er onderling vertrouwen zijn om te kunnen samenwerken. Stel dat informatie van een naburige robot niet overeenkomt met de metingen van een eigen sensor? Het gaat om complexe situaties die in milliseconden moeten worden beoordeeld, met weinig ruimte voor fouten.
Met hun onderzoek aan autonome systemen in industriële toepassingen willen de onderzoekers innovatie brengen naar de Nederlandse industrie. Dat doen ze binnenkort met het nieuwe samenwerkingsverband voor autonome systemen in Noord-Nederland: Infinitech. Dit is een ecosysteem om vragen vanuit bedrijven te koppelen aan oplossingen vanuit kennisinstellingen. De onderzoekers willen bedrijven zo hoog mogelijk op de autonomie-ladder brengen. Ze hebben veel ideeën, de vraag is vooral welke toepassingen ze daarvoor kunnen vinden.’
Vanaf september 2024 start de Rijksuniversiteit met het nieuwe Engineering Doctorate Autonomous Systems. Deelnemende trainees zullen zowel bij een bedrijf als bij de RUG werken aan technische oplossingen voor de automatisering van systemen in de hightech industrie.
Foto: Bram Belloni