Warning: Undefined array key "bio" in /home/techwatch/domains/test.bits-chips.nl/public_html/wp-content/plugins/wpcodebox2/src/Runner/QueryRunner.php(126) : eval()'d code on line 13
Author:
Reading time: 6 minutes
Voor zijn proefschrift kreeg hij een Simon Stevin Gezel-prijs. Tijdens zijn onderzoek aan de TU Delft verbeterde hij een windsensor zonder bewegende onderdelen. Nu wil hij die kennis gebruiken om kwartskristaloscillatoren te vervangen door een geïntegreerde schakeling met een thermisch filter. Wie is Kofi Makinwa en waarom moeten wij hem kennen?
Hoe werkt de windsensor?
’Als je je vinger in de wind steekt, wordt je vingertop asymmetrisch gekoeld. Daardoor kan je een schatting maken van de snelheid en de richting van de wind. Dit principe heb ik omgezet in een sensor. Die bestaat uit een cirkelvormige keramische schijf waar een chip tegenaan is gelijmd. Deze heeft vier verwarmingselementen en temperatuursensoren rondom. Als de wind over de schijf waait, ontstaat er een temperatuurgradiënt en hiermee berekent het apparaat de windsnelheid en -richting.‘
Je hebt deze sensor helemaal zelf uitgedacht?
’Mijn promotor, professor Huijsing, heeft deze sensor ooit bedacht en mijn voorganger heeft hem ontwikkeld. Het apparaat is nu voor een paar honderd euro op de markt. Maar het principe is zo eenvoudig dat het veel goedkoper moet kunnen. Een van de problemen is dat de uitgangssignalen van de temperatuursensoren erg klein zijn. Voor het omzetten van deze millivoltsignalen naar digitale gegevens voor de microprocessor is vrij dure elektronica nodig. Het grootste probleem is dat de chip nooit precies in het midden van het keramische plaatje zit en daardoor altijd een klein temperatuurgradiënt meet, zelfs als er geen wind is. De fabrikant moet elke sensor handmatig in balans brengen.
Mijn verbetering bestaat uit twee delen. Ten eerste bepaalt mijn sensor niet het exacte temperatuurverschil, maar stookt de chip tegenovergestelde verwarmingselementen zo dat het verschil in temperatuur nul wordt. Dit maakt de benodigde elektronica veel eenvoudiger. Ten tweede gebruik ik digitale pulsen voor het aansturen van de verwarmingselementen. Enkele tienduizenden keren per seconde bepaalt de sensor of een verwarmingselement wel of niet aan moet staan. Daardoor krijg je direct digitale signalen. Deze elektronica past op dezelfde chip als de sensor en is dus gratis. Bovendien balanceert dit systeem zichzelf. Handmatig afstellen is dus niet meer nodig. De sensor hoeft daarom in principe niet meer dan enkele tientallen euro‘s te kosten.‘
En de producent gaat deze sensor nu ook maken?
’Ze hebben nog een flink aantal exemplaren van de oude sensor liggen, dus dat kan nog wel even duren. Maar uiteindelijk is dat wel de bedoeling.‘
Hoe ben je bij de TU Delft terechtkomen?
’Ik kom uit Nigeria, daar heb ik mijn bachelor en master gedaan. In 1988 ben ik met een Philips-beurs naar het Philips International Institute gegaan om een tweede master te halen. Ik wilde naar het buitenland, omdat ik vond dat het niveau van mijn opleiding in Nigeria te laag was. Na mijn studie ben ik bij Philips Research gaan werken. Daar heb ik in de vroege jaren 90 eerst aan interactieve displays gewerkt. Dat was lang voor de definitieve doorbraak van de PDA, en daardoor is ons onderzoek helaas nooit in een product terechtgekomen. Daarna heb ik me beziggehouden met analoge circuits voor magnetische opslag, voor een opvolger van het DCC-systeem. Ik heb ook gewerkt aan elektronica voor de eerste prototypes van dvd. Vervolgens heb ik analoge elektronica ontwikkeld voor harde schijven. Helaas liet het personeelsbeleid van Philips niet toe dat ik daar verderging met onderzoek. Maar research is mijn passie, dus dat wilde ik blijven doen. Ik heb toen gekozen voor een avontuur in de academische wereld.‘
’Het grappige is dat mijn promotieplaats ook door een Simon Stevin-prijs kon worden gecreëerd. Mijn hoogleraar heeft die prijs vijf jaar geleden gewonnen. Hij kreeg toen één miljoen gulden om onderzoek te doen op een onderwerp dat hij leuk vond. Het heeft hem altijd een beetje geërgerd dat zijn droomkind zo moeilijk te fabriceren was, dus heeft hij een promotieplek ingericht om het te verbeteren.‘
Wat voor toepassingen heeft je sensor?
’Standaard windmeters zijn mechanisch en kosten zo‘n duizend euro. De windsensor die wij ontwikkelden, heeft geen bewegende onderdelen en is daardoor niet onderhoudsgevoelig. Dat is vooral handig voor allerlei meetmasten, waar je moeilijk bij kan. Op boten en schepen bijvoorbeeld, maar ook op windmolens. Als je daar een mechanische windsensor op zet, trilt die binnen een jaar kapot. Een vastestofapparaat is dan uitermate geschikt.‘
En wat ga je nu verder doen?
’Ik ben nu universitair docent. Daarnaast heb ik een nieuw onderzoeksidee: ik wil een nauwkeurige oscillator in silicium maken. De frequentie van de huidige ontwerpen heeft bij massaproductie een afwijking van tientallen procenten. Daarom blijft iedereen kwartskristaloscillatoren gebruiken. Die zijn wel nauwkeurig, maar het kwartskristal kan niet op chip worden geïntegreerd. Tijdens mijn onderzoek merkte ik dat de thermische eigenschappen van een chip zeer constant zijn. Met deze kennis heb ik een thermisch filter op een chip ontworpen. Deze bestaat uit een verwarmingselement en een nabijgelegen temperatuursensor. Door het signaal van de sensor terug te koppelen naar de heater krijg je een oscillator met zeer goed gedefinieerde eigenschappen. De afwijkingen van mijn oscillatoren zijn nu twee ordes kleiner dan van bestaande elektronische oscillatoren. Ik heb er inmiddels een octrooi op aangevraagd.‘
’Het enige probleem is dat de thermische geleiding van silicium temperatuurafhankelijk is. Op zich geen man overboord, want dat is evengoed bepaald, en in principe kan je het corrigeren. Maar dat maakt de hele mikmak wel een stuk gecompliceerder. Dus de eerste toepassing die ik nu zie, is dat we er een nauwkeurige temperatuursensor mee kunnen maken die we kunnen doorontwikkelen tot oscillator.‘
’Ik hoop ook dat ik een beetje een voorbeeld kan zijn voor allochtone jongeren. Die zijn veel minder vertegenwoordigd aan de universiteit dan je zou verwachten op basis van hun aantal in de samenleving.‘
Dus binnenkort kunnen de kwartskristallen overboord?
’Voor sommige toepassingen wel. Ik zie op dit moment geen showstoppers. Maar ik vind wel dat de ontwikkeling veel te langzaam gaat. Dat is het verschil tussen de universiteit en een bedrijf. In een bedrijf heb je een groot team om je heen. Als je een leuk idee hebt, komt er geld beschikbaar. Op de TU ben je meer een eenmansteam en gaat het allemaal een stuk langzamer. Ik zie het in mijn hoofd en het liefst wil ik het morgen hebben. Maar ik moet colleges geven, ik moet studenten begeleiden, ik moet zo veel andere dingen doen.‘
Had je verwacht het Simon Stevin-gezelschap te winnen?
’Ik vind het natuurlijk heel erg leuk. In totaal waren er vijftien tot twintig andere genomineerden. Ik dacht wel dat ik een kans maakte, maar toen ik er zat met de twee andere overgebleven kandidaten begon ik er wel aan te twijfelen. Zij hadden uitstekend werk gedaan. De ene had een bedrijf opgericht, de andere was bezig met het meer efficiënt produceren van antibiotica. Dat is veel belangrijker dan een windsensor, dacht ik. Het is wel leuk, maar zo‘n windsensor wordt niet met 10 miljoen stuks per jaar verkocht en hij gaat geen levens redden. Volgens de juryleden had ik echter een goede presentatie, die zij heel goed toegespitst vonden op de problemen van een bedrijf. Ik heb heel goed gekeken naar wat de problemen waren van de oude windsensor en deze opgelost. Een belangrijk deel was dus om de juiste vragen te stellen aan zo‘n bedrijf. Maar uiteindelijk moet je ook goed kunnen ontwerpen.‘
