Vier onderzoekers van de TU Delft hebben van de Europese Onderzoeksraad een ERC Starting Grant gekregen. Deze beurzen (1,5 miljoen euro voor een programma van vijf jaar) zijn bedoeld om wetenschappers te ondersteunen die nog aan het begin van hun carrière staan maar onder begeleiding al uitstekend werk hebben geleverd.

De vier ERC Grants beslaan een breed scala aan onderwerpen. Liedewij Laan gaat bijvoorbeeld onderzoeken hoe adaptieve mutaties in gistcellen de fitness verbeteren, zodat we beter inzicht krijgen in de evolutie van organismen. Wilson Smith wil zijn onderzoek naar elektrochemie uitbreiden om CO2 en water in waardevolle chemicaliën en brandstoffen om te zetten, wat binnenkort heel belangrijk zou kunnen worden vanwege de problemen op energie- en milieugebied.

Het project van Monique van der Veen is gericht op het ontwerp van ferro-elektrische materialen door middel van fundamenteel inzicht in de relatie tussen de ferro- en piëzo-elektriciteit en de structuur van de materialen. En Manuel Mazo Jr. ten slotte wil de kosten van implementatie en onderhoud van zogenoemde cyberfysische systemen verlagen; dit zijn digitale systemen die complexe fysische processen reguleren, zoals chemische reactoren of stroomnetwerken. 

Hieronder worden de vier ERC-voorstellen verder toegelicht.

EvoCellBio – Liedewij Laan (Technische Natuurwetenschappen)

Hoe evolueren organismen? Als eiwitten essentieel zijn voor een soort, hoe kunnen ze dan verdwijnen in soorten die daar nauw aan verwant zijn? Liedewij Laan gaat onderzoeken hoe biochemische netwerken tijdens de evolutie worden geherstructureerd zonder dat de fitness (het aanpassingsvermogen) daardoor wordt aangetast.

De evolutie van organismen is niet alleen een fascinerende fundamentele kwestie, maar heeft ook belangrijke implicaties voor de menselijke gezondheid: kanker en resistentie tegen antibiotica zijn evolutionaire processen die we nog niet goed begrijpen. Het is een uitdagend probleem: het is moeilijk om te bepalen of een mutatie voor een beter aanpassingsvermogen zorgt, omdat dit afhangt van de omgeving waarin zij is ontstaan, en die kennen we vaak niet. Ook is het moeilijk om vast te stellen wat hierbij de rol van adaptieve mutaties is, omdat alle biochemische netwerken in cellen met elkaar verbonden zijn.

Liedewij Laan gaat onderzoeken hoe adaptieve mutaties in gistcellen de fitness verbeteren. Daarbij gebruikt ze fluorescentiemicroscopie met levende cellen, in combinatie met fysische modellering. Ze gaat ook minimale evolueerbare in-vitronetwerken bouwen die bestaan uit emulsiedruppeltjes met alleen de componenten die essentieel zijn voor het aanpassingsvermogen of de evolueerbaarheid, om op die manier basisregels voor netwerkevolutie te vinden.

Meer informatie over Liedewij Laan: http://laanlab.tudelft.nl/

WU TANG – Wilson Smith (Technische Natuurwetenschappen)

De recycling van CO2 gaat een belangrijke rol spelen bij energie- en milieuproblemen waar we in de toekomst ongetwijfeld mee te maken krijgen. Elektrochemie is een krachtige technologie om met behulp van hernieuwbare elektriciteit uit zonne- en windenergie CO2 en water om te zetten in waardevolle chemicaliën en brandstoffen.

Op dit moment kan CO2-reductie echter nog niet op grote schaal worden ingezet, omdat de huidige katalysatoren daar niet goed genoeg voor zijn en we te weinig weten van de desbetreffende reactiemechanismen. Er zijn nieuwe strategieën nodig om de opgelegde potentiaal te verminderen die nodig is voor een CO2-reductiereactie waarmee nog een selectief product kan worden geproduceerd. In dit project zal Wilson Smith met behulp van bepaalde karakteriseringstechnieken en berekeningsmethoden tot fundamenteel inzicht over het reactiepad van elektrochemische CO2-reductie proberen te komen. Hij ontvangt nog eens 500.000 euro om een speciaal apparaat te kopen dat het elektrochemische proces kan controleren.

Meer informatie over Wilson Smith: http://www.smithsolarlab.com/

MemoMOFEnergy – Monique van der Veen (Technische Natuurwetenschappen)

Ferro-elektrische materialen kunnen hun polariteit opslaan en wisselen en kunnen zo als geheugen worden gebruikt. Ook kunnen ze mechanische trillingsenergie oogsten via het piëzo-elektrisch effect. In dit project worden op basis van zogeheten ‘metaal-organische raamwerken’ nieuwe ferro-elektrische materialen ontwikkeld, die kunnen worden gebruikt als fysisch flexibel geheugen en om mechanische energie te winnen voor biocompatibele sensoren en implanteerbare monitorapparaten.

De materialen die het meest compatibel zijn met flexibele substraten bestaan uit zachte materie. Wanneer we zachte materie willen gebruiken om energie te oogsten, zijn de lage piëzo-elektrische coëfficiënten echter een belemmering. Het belangrijkste doel van dit onderzoeksproject is om tot een rationeel ontwerp van ferro-elektrische materialen te komen door middel van fundamenteel inzicht in de relatie tussen de ferro- en piëzo-elektriciteit en de structuur van de materialen. Uiteindelijk kan dit leiden tot materialen met uitzonderlijk gunstige eigenschappen.

Meer informatie over Monique van der Veen: http://cheme.nl/ce/people/monique-van-der-veen/

SENTIENT – Manuel Mazo Jr. (3mE)

Als gevolg van de ontwikkelingen in elektronische communicatie en de steeds grotere rekenkracht zien we overal digitale systemen die allerlei fysische processen reguleren, de zogenaamde cyberfysische systemen (Cyber-Physical-Systems, CPS). Chemische reactoren en netwerken voor de distributie van water of energie zijn voorbeelden van terreinen waarop CPS-en worden gebruikt.

Dergelijke systemen kunnen alleen goed functioneren wanneer sensormetingen en besturingsacties snel genoeg worden gecommuniceerd. Event-triggered control (ETC) is een techniek waarbij communicatie alleen plaatsvindt wanneer deze nodig is. Hierdoor is er minder verkeer nodig en kan energie worden bespaard in zogenaamde (draadloze) networked control systems (NCS). Maar bij ETC is het verkeer niet periodiek en kan het nauwelijks worden voorspeld, wat een belemmering is wanneer we er energie en bandbreedte mee willen besparen.

Het doel van dit onderzoeksproject is om modellen te maken voor ETC-communicatieverkeer, en vervolgens planners te ontwerpen die van deze modellen gebruikmaken, zodat de energie-efficiëntie van een draadloos NCS met meerdere grootteordes kan worden vergroot. Het zou daarmee aanzienlijk minder kostbaar worden om een CPS te implementeren en te onderhouden.

 

Meer informatie over Manuel Mazo Jr.: http://www.mmazojr.net/Manuel_Mazo_Jr/Home.html