Vooruitstrevend kankeronderzoek met piepkleine piëzomotoren

31/05/2018

piezomotor

“Al meer dan 15 jaar voert men binnen KU Leuven onderzoek naar piëzo-technologie”, weet Steven Cappa, CEO van Xeryon. “Ondertussen heeft iedereen zo’n piëzo in zijn broekzak zitten – nl. in de camera van zijn of haar smartphone.” De gepatenteerde ultrasone piëzomotor van Xeryon is niet groter dan een muntstuk van 5 eurocent en wordt onder meer gebruikt voor de kalibratie van hypernauwkeurige bestralingen bij kankerbehandelingen en voor industriële CT-scans.

 

Steven Cappa, CEO van Xeryon: “Het idee om met een bedrijf te starten was er nog voor dat we onze doctoraatstudies afgerond hadden”. Tijdens mijn doctoraatsstudies aan de universiteit van Leuven leerde ik Jan Peirs (CTO) en Bruno Kersschot (Sales Director) kennen. We zaten in dezelfde onderzoeksgroep, precisiemechanica en mechatronica, en wilden graag een bedrijf starten rond piëzo-technologie.”

Piëzo-wat?

Steven Cappa: “Piëzo is afgeleid van het Grieks woord voor druk. Een piëzo-elektrisch materiaal heeft de unieke eigenschap dat het een elektrische spanning genereert als je er op drukt. Omgekeerd vervormen piëzo-elektrische materialen wanneer je er een elektrische spanning op aanlegt. Omwille van de laatste eigenschap worden piëzo-elektrische materialen meer en meer gebruikt als actuator of motor. Camera’s van smartphones gebruiken piëzo’s om de lens te focussen. Het grote voordeel van piëzo technologie is dat je zeer nauwkeurige bewegingen, tot op sub-nanometer niveau, kan realiseren binnen een klein volume en met een zeer beperkt vermogen. Binnen Xeryon gebruiken wij deze technologie om compacte lineaire en rotatieve positioneersystemen aan te drijven. Hiermee kunnen onze klanten iets met nanometer nauwkeurigheid positioneren en dit zelfs in vacuüm of in een magnetisch veld. Dat kan je niet met een elektromotor in bv. een boormachine.”

“In 2013, het jaar van onze opstart was de technologie die we ontwikkelden aan de KULeuven nog niet marktklaar. Daarom besloten we om de ontwikkeling van onze ultrasone piëzomotoren verder te zetten en te financieren met consultancy- en engineering opdrachten”, vertelt Steven Cappa.

Xeryon

100.000 keer kleiner dan menselijk haar

“In het prille begin van Xeryon hadden we een licentie op de technologie van de KU Leuven, maar we merkten al snel dat er een sterke vraag was naar kleinere en compactere aandrijvingen. De piëzomotor ontwikkeld aan de KU Leuven leende zich hier echter niet toe. Daarom besloten we om onze eigen piëzomotor te ontwikkelen voor de aandrijving van kleine en compacte systemen en mobiele apparaten. De knowhow van de universiteit zit nog een stuk in Xeryon maar is zeker en vast geen copy paste van onze huidige technologie. Ondertussen beschikken we met Xeryon over een eigen patent en er is momenteel nog een nieuw patent in aanvraag.”

“Onze piëzomotor is niet groter dan een muntstuk van vijf eurocent, heel erg klein dus” vertelt Jan Peirs. De motor bouwen we in een ‘stage’ of slede om iets lineair of rotatief te bewegen. De piëzomotor zet de aangelegde elektrische spanning om in een mechanische beweging. De manier van aandrijven is totaal niet te vergelijken met dat van een elektromotor. Door de spanning op een slimme manier op het piëzo materiaal aan te leggen kunnen we de motor in resonantie brengen. Hierdoor gaat de motor beginnen trillen op een frequentie van 170 kilohertz. De trillingen zijn echter zeer klein, zelfs kleiner dan een micrometer. Doch, door de motor tegen een slede aan te drukken kunnen we door middel van deze trillingen de slede op en neer laten bewegen of ronddraaien. Omdat de trillingen zo klein zijn kunnen we de slede zeer nauwkeurig laten bewegen, namelijk tot op een nanometer nauwkeurig. Een nanometer is nog 100.000 keer kleiner dan de dikte van het menselijk haar. Zeer nauwkeurig dus. En dit met een zeer kleine motor en met een vermogen van maar 1 Watt.”

Toepassing in de semiconductor industrie

“Er zijn verschillende soorten piëzo-aandrijvingen, maar vergeleken met onze meeste concurrenten is onze technologie meer geavanceerd. Onze technologie is uniek in zijn soort in België. Xeryon werkt met ultrasone piëzomotoren. Het menselijk gehoor is in staat om frequenties tot 20 kilohertz waar te nemen. Onze technologie werkt in het frequentiegebied rond zo’n 170 kilohertz en is dus niet hoorbaar. In tegenstelling tot onze concurrenten die werken met het stick-slip of stappende principe wat zich onder de 20 kilohertz bevindt. Dit zorgt voor een irritant, hels kabaal wat zelfs tot gehoorschade kan leiden als men hier dagelijks of langdurig mee geconfronteerd wordt. Denk maar aan de laboranten die dagelijks bezig zijn met microscopisch onderzoek waarbij piëzomotoren gebruikt worden om het te onderzoeken sample nauwkeurig in het XY-vlak te bewegen. Door gebruik te maken van onze piëzomotoren kan men in alle stilte werken zonder gehoorschade op te lopen. Ondertussen hebben wij met Xeryon allemaal samen al zo’n 20 jaar ervaring in piëzo technologie. Klanten van Xeryon zijn meestal grote internationale bedrijven actief in semiconductor industrie, metrologie, fotonica of onderzoeksinstituten en universiteiten die state-of-the-art onderzoek doen. Ook voor synchrotroninstituten zoals het Franse Soleil levert Xeryon haar in België unieke technologie.

Precisie in bestralingen

“Een praktijkvoorbeeld van onze technologie is bv. bij het positioneren van een sample tijdens de kalibratie van bestralingstoestellen voor kankerbehandelingen. Via onze technologie kan men heel nauwkeurig het niveau van straling gaan opmeten. Het is zeer belangrijk dat de exacte dosis straling op de juiste plaats in het lichaam terecht komt natuurlijk. De machine werkt met een heel krachtig magneetveld. Onze technologie is niet onderhevig aan een magneetveld, elektromotoren wel. Zonder onze technologie zou een dergelijke kalibratie niet mogelijk zijn" zegt Jan Peirs. Omdat onze motoren zo klein zijn en een zeer laag energieverbruik hebben, worden ze ook steeds meer in handtoestellen gebruikt. Een voorbeeld hiervan is het bewegen van de lens in een camera voor oogonderzoek om netvliesafwijkingen op te sporen. Deze handtoestellen worden voornamelijk ingezet in ontwikkelingsgebieden omdat de patiënt niet de nodige middelen heeft om naar een ziekenhuis te gaan of een duur oogonderzoek niet kan betalen. Met dit toestel hoeft er zelfs geen dokter meer aan te pas te komen. Door de nauwkeurigheid, compactheid en het laag energieverbruik van onze piëzomotoren kunnen dergelijke handtoestellen nu op grote schaal ingezet worden.”

“Een ander toepassingsvoorbeeld van onze technologie is in industriële CT-scanners. Een CT-scanner zoals we die allemaal kennen in een ziekenhuis, maar dan om vliegtuigonderdelen of nieuwe materialen te inspecteren. Een X-ray bundel scant de vliegtuigonderdelen tot in de kleinste details om zo kleine scheurtjes op te sporen. Deze scheurtjes kunnen op lange termijn catastrofale gevolgen hebben, daarom is het belangrijk om dit tijdens de productie van de onderdelen reeds op te sporen. Door het gebruik van onze piëzo stages kan men de resolutie van de scan verhogen tot micrometer resolutie en zo nog kleinere scheurtjes opsporen.”

Xeryon 2

Partnership met Nederlands bedrijf

“Xeryon heeft een partnership met het Nederlands bedrijf Settels Savenije group of companies. Deze samenwerking gaat terug van toen we nog aan de universiteit doctoreerden. Ons eerste Interreg project is ook samen met Settels. Zij adviseren ons bij de ontwikkeling van onze elektronische drivers die gebruikt worden voor het aansturen van onze piëzomotoren. Het bedrijf beschikt over een groot netwerk, niet alleen in Nederland maar ook ver daarbuiten. Dankzij onze samenwerking maken wij nu ook deel uit van dit netwerk, wat ons op termijn nieuwe kennis, kunde en zelfs klanten kan opleveren. Settels staat in de Eindhovense regio bekend omwille van hun expertise in vacuümtechnologie. Onze motoren werken in vacuüm, ook hiermee onderscheidt onze technologie zich van standaard elektromotoren. Door de combinatie van onze technologie en de expertise van Settels kunnen we samen nieuwe toepassingen ontwikkelen en mogelijk maken. Een perfecte match dus. Ook beschikken ze over een clean room, iets wat wij nog niet hebben. Hier mogen wij gebruik van maken om kritische producten te assembleren.”

Nederlandse ondernemersmentaliteit

“Ik heb vroeger drie jaar in Nederland consultancy gedaan. Tijdens deze periode merkte ik een verschil in mentaliteit tussen Nederlanders en Belgen” zegt Steven Cappa. Nederlanders zullen sneller samenwerken, zelfs met hun concullega’s als het moet. Ze zien in dat ze samen sterker zijn en sneller een moeilijk technisch problemen kunnen oplossen. Deze mentaliteit is er veel minder in België, Nederlanders zoeken sneller win-win situaties op.” “Het zou goed zijn als we in de Leuvense regio ook iets kunnen uitbouwen zoals Brainport in de Eindhovense regio waar bedrijven elkaar vlot vinden en met elkaar samenwerken”, besluit Steven Cappa.

 

Dit artikel verscheen in het maandelijks magazine Ondernemers, editie april 2018.