Dynamo 53

DET BLI’R TIL NOGET

53

06

18

DA N M A R K S TE K N I S KE U N I VE RS I TE T

IMAGING

Stadig mere avanceret teknologi og dataanalyse ligger bag den rivende udvikling inden for imaging – det at skabe billeder. Læs hvordan DTU-forskerne arbejder med billeder.

KO M M E D E N TU R TIL

JE S PER MØR K, PROFES SO R, DT U FOTO N I K:

”Når vi arbejder eksperimentelt helt nede i nanoskala, opstår der ofte nogle nye og hidtil uopdagede effekter.”

MÅNEN VIR K S O M H E D S SA MA RB EJD E:

OLIERØR TIL HAVETS DYB S E N S O RTE K NOLOGI:

Små kloge bolde indsamler data H Æ N G E R D E T SA MMEN?

OVERVÆGT OG TARMBAKTERIER

02

LE DE R

IN D H O L D

14 Avanceret billeddannelse er vores nye øjne I disse år løfter den teknologiske udvikling billeddannelse op til helt nye niveauer. Ved hjælp af avancerede laserkilder, røntgen- og neutronsynkrotroner og med udviklingen af højteknologiske kontraststoffer til MR-skanninger får vi data, som sætter os i stand til at skabe billeder, der giver os et kig ind i materialer, produkter og levende celler og iagttage kemiske og fysiologiske processer, mens de foregår. Teknologien bliver vores nye øjne.

Uanset om det er en MR-skanner eller en synkrotron, der leverer data, så kræver det overordentlig avanceret matematik at omforme disse data til billeder. Det er det, billeddannelse handler om; at håndtere både teknologien og de data, vi modtager, så vi kan føle os sikre på, at de billeder, vi fremstiller, gengiver virkeligheden.

På DTU opruster vi, så vi kan gribe de fantastiske muligheder for avanceret billeddannelse, vi får, når verdens største neutronkilde – synkrotronen ESS – åbner i Lund. Vi står klar i vores 3D Image Center, der allerede har flere års erfaring med at anvende data fra synkrotroner til billeddannelse for virksomheder.

På samme tid rykker DTU længere ind på det sundhedsteknologiske område, hvor klassiske ingeniørfaglige miljøer som elektro, fotonik og nanoteknologi indgår tætte samarbejder med lægerne om at udvikle billeddannende teknologier.

Vi gør det, vi er bedst til; vi udvikler teknologi. Vi udfører fundamental teknologiforskning, der sikrer næste generation af billeddannende teknologi, samtidig med at vi presser den eksisterende til at frembringe det ypperste.

På den måde kan vi frembringe billeder, der giver virksomhederne ny viden om deres produkter og dermed et afsæt for at udvikle og forbedre dem. Og vi kan se billeder, der helt ned på celleniveau afslører sygdomstegn, så lægerne får de bedste forudsætninger for at udføre deres arbejde og helbrede mennesker.

Anders Bjarklev Rektor

04

BILLE DANALYSE

Forskere skaber billeder med matematik Forskergruppe forbløffer med computerskabte renderinger af glasobjekter.

16 HY PERPOLA RISERING

S E N S O RTE K N O LO G I

Magnetisk kontraststof bag skarpe MR-billeder

Kloge golfbolde til bioindustrien

Grundforskningscenteret HYPERMAG forbedrer MR-skanningsbillederne.

En kugleformet sensor kan lave målinger overalt i en produktionstank, fordi den er flydende.

08 NYT OM FO RS K N IN G S BAS E RE T R ÅD G IVN IN G

18

09

HY PERPOLA RISERING

Forskning, der skal forbedre MR-skanninger

O L IE IN DVIN D IN G

Opskriften på olierør til oceanets dyb Flexibles i Kalundborg er en af verdens førende producenter af avancerede olierør.

Olieindvinding i stadig større vanddybde stiller høje krav til rørerne.

CA SE 01

Data skal ind­samles hurtigere

12

... når magnetisk kontraststof har kort levetid.

CA SE 02

Ny generation af polarisatorer ... skal gøre det billigere at anskaffe én.

TEMA IMAGING

ET BILLEDE SIGER MERE END TUSIND ORD Avanceret billeddannelse bliver en afgørende teknologi i fremtidens samfund, siger professor emeritus Knut Conradsen.

DYNAM O

53 06

1 8

03

UDGIVER Danmarks Tekniske Universitet Anker Engelunds Vej 1 2800 Kgs. Lyngby tlf. 45 25 25 25, dtu.dk ANSV. CHEFREDAKTØR Tine Kjær Hassager REDAKTION Louise Simonsen, lois@adm.dtu.dk og Lotte Krull, lkru@adm.dtu.dk

20

ABONNEMENT dynamo@dtu.dk Magasinet udkommer fire gange om året DESIGN & PRODUKTION Datagraf Communications ISSN 1604-7877 FORSIDEFOTO Kasper Lipsø

MI KROS KOPI

’Seeing is believing’

34

På Center for Electron Nanoscopy kan elektronmikroskoperne vise os, det vi ikke kan se med det blotte øje.

22 OPTI C AL CO HE RE N C E TOMOGR A P HY

Laserteknologi giver detaljerede billeder af hudkræft I et tæt samarbejde med Bispebjerg Hospital forbedrer laserforskere billederne, som lægerne bruger til diagnostik.

L AS E R K IL D E R

41 S T U D E NTERINNOVATION

Åbn døren og tænd lyset med øjnene

Mikroskopisk laser vækker opsigt

27 3D I M AGI NG C E NTE R

Fysisk handicappede personer kan bruge øjnene til at styre omgivelserne med.

Fotonik-forskere bryder med alle konventioner om laseropbygning – og får uventede resultater.

Vilde visualiseringer til virksomheder DTU opgraderer faciliteterne til universitetets 3D Imaging Center.

33

25

NYT OM IN N OVAT IO N

RØ NTGE NTO M O GRA FI

Røntgenblik på krøllede stenfibre DTU hjalp Rockwool med at se ind i deres produkter.

19 CA SE 03

Mere MR-signal skal opfanges ... for at opnå hurtigere skanningsforløb.

CA SE 04

’Tænd-sluk-knap’ til magnetismen ... vil lette udbredelsen af hyperpolarisering.

28 KI G I NDE N FO R PÅ DT U

Kom med ned i kælderen hos DTU Space. Her har de et månelandskab.

40

31 E R H VE RVS - P H . D .

Automatisk designsystem sparer millioner Sara Shafiee udviklede en produktkonfigurator hos Haldor Topsøe, der nu kan designe produktløsninger meget hurtigere.

30 NYT OM FO RS K N IN G

NYT OM U D DAN N E LS E

38

44

DY N AM O S P Ø RG E R …

BAGSID EN

Er tarmbakterier skyld i overvægt?

Vi zoomer ind på ... tjah, hvad er det?

Find ud af, hvordan tarmens mikrobiota påvirker os.

04

S E N S O RTE K N O LO G I

M ÅLI N G ER I P RODU KT IONSTANKE

Kloge golfbolde til bioindustrien

En fritflydende sensor holder styr på processerne i store produktionstanke.

Sensoren er udviklet af den lille startup-virksomhed Freesense.

Morte n An d e rse n U l r ik Jantze n

M

ed sin diameter på 45 mm kunne kuglen, som Jonas Bisgaard sidder med, fint være en golfbold. Men et lille drej ved kuglens ækvator vrider de to halvdele fra hinanden, og den elektroniske indmad kommer til syne. ”Størrelsen har vi eksperimenteret os frem til. Kuglen skal være netop så stor, at den kan flyde frit i et produktionskar i bioindustrien. Den skal følge med rundt i det almindelige flow i tanken. På den måde får man

et realistisk billede af opblandingen.

Man kan bruge informationen til at justere processen, hvis der er for dårlig opblanding,” siger civilingeniør Jonas Bisgaard. Han er erhvervs-ph.d. i startup-virksomheden Freesense med DTU Kemiteknik som akademisk bagland.

Freesenses produkt løser et centralt problem inden for biologisk produktion. I industriens store produktionstanke er det svært at sikre sig lige så god opblanding som i et laboratorium.

I fagsproget taler man om, at der optræder gradienter i tanken. Det vil

sige områder, hvor nøgleparametre som temperatur, pH-værdi eller iltindhold er forskellige fra det ønskede.

Hvis forholdene er forkerte, kan det betyde dårligere udbytte af produktionen. Eller man risikerer, at man er nødt til at køre processen i længere tid.

I begge situationer mister biovirksomheden penge.

Fri bevægelighed giver bedre målinger Freesense blev stiftet i 2015 og har i dag seks medarbejdere. Virksomheden er udsprunget af samarbejdet Biopro,

DY NAM O

53

06

18

DTU

05

”Det er vigtigt, at der er gode rammer i Danmark for samarbejde mellem universiteter og virksomheder, og at der er muligheder for opstartsvirksomheder.”

K A R I N N I KO L A J S E N , D I RE C TO R , N OVOZ Y M E S

der har en række danske bioteknologiske virksomheder som deltagere sammen med DTU og Københavns Universitet. ”Det er vigtigt, at der er gode rammer i Danmark for samarbejde mellem universiteter og virksomheder, og at der er muligheder for opstartsvirksomheder. I dette tilfælde har Novozymes været med helt fra starten, hvor det industrielle behov og nye tekniske muligheder med mikrocomputere mødes. Sensorudvikling kræver en væsentlig indsats, og denne teknologi bør komme flere til gavn,” siger

En flydende sensor på størrelse med en golfbold kan frit komme rundt i hele produktionstanken og lave målinger.

director i Novozymes Karin Nikolajsen om virksomhedens engagement i Biopro-samarbejdet.

Tiden, hvor man hældte sine forskellige stoffer i en tank og håbede det bedste, er for længst forbi. Bl.a. med metoden CFD (Computational Fluid Dynamics) forsøger biovirksomhederne at beregne væskestrømningerne på forhånd. Det gælder om at opnå tilstrækkelig god opblanding, men uden at overdrive, så man pådrager sig unødvendige omkostninger. Imidlertid er nøjagtige CFD-simuleringer for ’tunge’ i datamæssig forstand til at

blive anvendt i praktisk produktion.

Derfor bruger man forenklede simuleringer, som skal valideres af målinger.

Til det formål har en del virksomheder fastmonterede sensorer i tankene, men heller ikke det er en ideel løsning. Fastmonterede sensorer kræver temmelig meget vedligeholdelse. Samtidig giver de i sagens natur kun værdier for netop der, hvor de sidder. Det gav idéen til Freesense, hvor man lader sin sensor flyde frit rundt. Med tiden vil den besøge alle områder i tanken. ”Med deres frie bevægelighed i procesudstyret vil sensorerne være et

06

SE N SO RTE KN O LO GI

M ÅLI N G E R I P RO D U KT I O N S TA N KE

væsentligt supplement til hidtidige metoder for vurdering af produktion i storskala. Vi ser frem til fortsat samarbejde om test af Freesense-sensorerne,” siger Karin Nikolajsen.

Inspireret af droner På sin rejse i tanken skal sensoren ikke blot måle de ønskede parametre, men også fortælle, hvor i tanken de enkelte målinger er fra.

Den første komponent til at bestemme kuglens position kommer fra en tryksensor. Jo dybere i tanken kuglen befinder sig, jo mere væske vil der være over den – og dermed et større tryk. ”Allerede informationen om dybden er faktisk af stor værdi, fordi de største gradienter normalt netop optræder mellem tankens top og bund,” indskyder Jonas Bisgaard.

Men man vil også gerne kende kuglens position horisontalt. Til det formål benytter virksomheden et kom-

Den første generation af sensorkuglen kan måle tryk, temperatur og pH-værdi i produktionstanken.

bineret accelerometer og gyroskop.

Instrumentet bestemmer kuglens hastighed og hældning.

Denne løsning er hentet fra droneteknologien. ”Vores sensorer bevæger sig jo selvstændigt rundt ligesom droner. Ganske vist kan vi ikke fjernstyre dem, men ellers er problemstillingen meget ens.

En drone skal også holde konstant styr på, hvor den befinder sig. Det samme gælder vores sensorer. Det er faktisk denne positionsbestemmelse, som har været hovedindholdet i mit ph.d.-projekt,” siger Jonas Bisgaard.

Takket være udviklingen inden for droner har Freesense til en vis grad kunnet købe de nødvendige instrumenter til positionsbestemmelse. ”Dog har vi været nødt til at tilpasse dem, fordi vi havde brug for endnu mindre dimensioner,” siger Jonas Bisgaard.

Målinger i ’semi-real time’ Der er langtfra frit slag med hensyn til størrelsen af sensorerne. Den tilladte vægt vokser med radius i tredje potens.

En lille reduktion i størrelsen vil med andre ord betyde, at kuglen snart ville synke til bunds i tanken, fordi dens massefylde bliver større. ”Vi skal ramme præcist med både størrelse og vægt for at få den effekt, vi ønsker. Det er en ret stor udfordring i forbindelse med biologisk produktion. Har man f.eks. en fermentering kørende i tre uger, vil massefylden i karret ændre sig en del undervejs.

Det kan betyde, at vores sensorer ikke længere flyder, som de skal,” siger Jonas Bisgaard.

Løsningen er, at Freesense på forhånd justerer den ønskede massefylde.

Ved endnu større forandringer i massefylden af ’suppen’ kan man tilsætte flere sensorer med forskellige massefylder.

En anden udfordring knytter sig til transmissionen af data. Det ville kræve alt for meget energi og dermed batterikapacitet, hvis sensoren online skulle aflevere sine data gennem væske.

I stedet pakkes målingerne i sensorens hukommelse. Hver gang sensoren kan mærke, at den befinder sig ved overfladen, sendes datapakkerne trådløst

DY NAM O

53

06

18

DTU

07

”Vores forsøg har vist, at man vil få målingerne ofte nok til, at man kan styre produktionen tilfredsstillende.”

JONAS BISGAARD, ERHVERVS-PH.D., FREESENSE

Kuglens massefylde kan justeres, så den stadig kommer rundt i hele tanken, selvom indholdets masse ændrer sig over tid.

ud til en modtager placeret på tanken.

Ulempen ved løsningen er, at man ikke kan vide på forhånd, hvornår man vil få sine målinger. ”Vores forsøg har vist, at man vil få målingerne ofte nok til, at man kan styre produktionen tilfredsstillende. Vi betegner selv hyppigheden som ’semireal time’. Men hvis man alligevel synes, at der går for lang tid imellem, kan man bare vælge at komme flere sensorer i den samme tank,” kommenterer Jonas Bisgaard.

Afprøver under virkelige forhold Det er også muligt at regulere, hvor hyppigt sensorerne skal være aktive.

Her er det blot en afvejning af, hvor længe batteriet skal holde. Måler man f.eks. en gang i minuttet, kan batteriet holde i tre uger, som er en typisk produktionsgang ved fermentering.

Man kan også vælge meget hyppigere målinger, men så holder batteriet kun i et par dage.

Nu, hvor sensoren ved, hvor den er, og er i stand til at aflevere sine data, har Freesense et produkt. Det næste

spørgsmål er så, hvilke parametre fra produktionen der skal måles på. ”I version 1.0 har vi valgt at inkludere tryk, temperatur og pH-værdi.

Det næste, som vi arbejder intensivt på, er mængden af opløst ilt i væsken. Det er en særdeles interessant faktor for bioindustrien. Netop for opløst ilt kan der optræde store gradienter. Men der er flere andre ting, vi også har kig på,” siger erhvervs-ph.d.en. ”Det er spændende i Biopro, at virksomhederne viser os tillid, så vi får lov til at afprøve sensorerne under virkelige forhold. Biopro har givet os et forspring i forhold til mange andre startup-virksomheder. De store virksomheder i samarbejdet har været med til at efterlyse det produkt, som vi nu er lykkedes med at udvikle,” siger Jonas Bisgaard.

Næste skridt: big data Endnu er det dog ikke muligt at ’købe en pakke med ti styk Freesense-sensorer’, understreger Jonas Bisgaard: ”Vi er stadig i det stadium, hvor vi udvikler sensorer i samarbejde med

vores kunder. Men vi har en række projekter og afprøvninger i gang, både herhjemme og i udlandet. Kunderne er både Biopro-deltagere og andre virksomheder, der har hørt om produktet på anden måde.”

Som kemiteknisk forsker kan Jonas Bisgaard samtidig ikke lade være med at tænke på, hvordan de nye data, som Freesense skaffer til veje, kan anvendes: ”Sensorerne åbner spændende muligheder. F.eks. bliver det interessant med visualiseringer, der gør data overskuelige for operatørerne på anlæggene. Det vil også være muligt at anvende både machine learning og big data til at finde mønstre i data, så man kan optimere produktionen.” rist Gern a ey, p rofe sso r, K DTU Kemit ek n i k , k vg @ k t . d t u . d k

Trods sin beskedne diameter på 45 mm indeholder Freesensekuglen en del teknologi bl.a. tryksensor, samt accelerometer og gyrsoskop.

08

FO RSKN I NGSBA SE RE T RÅ DGI V N I NG

NY H EDER

DY N A M O

53

06

18

DTU

197.000 m2 GRØNNE TAGE

… findes der nu i Danmark. Alligevel er der ingen standardisering på området. På Ballerup Campus har DTU derfor i samarbejde med to virksomheder oprettet et laboratorium med foreløbig tre grønne testtage, hvor studerende, forskere og virksomheder kan afprøve og sammenligne løsninger.

VINDTUNNEL INDVIET Den nye nationale vindtunnel, der ligger på DTU Risø Campus, blev indviet den 10. april, da H.K.H. Prins Joachim klippede den røde snor. Med vindtunnellen er det muligt at udsætte særlig store dele af en

vindmøllevinge for vindstyrker på op til 105 meter i sekundet eller næsten 400 km/t. Det svarer til mere end tre gange orkanstyrke. Vindtunnellen, der har været flere år undervejs, har kostet 85 mio. kr.

KLIMAHJÆLP FRA FN BYEN

En delegation fra Maldiverne lagde vejen forbi FN Byen i København for at blive undervist af UNEP DTU Partner­ ship i, hvordan landet skal rapportere sin klimaindsats til FN. Staten med de 1.200 øer i Det Indiske Ocean er særlig truet af havstigninger som følge af den globale

opvarmning og arbejder intenst på at omstille sig til et lavemissionssamfund.

UNEP DTU Partnership, som er en del af FN’s miljøprogram, har tidligere udviklet en strategi til Maldiverne for, hvordan landet kan fortsætte sin udvikling og samtidig mindske udledningen af CO2.

Nyt center for diagnostik DTU opretter Center for Diagnostik DTU med fokus på den veterinære diagnostik, men også det humane område vil komme til at fylde en del i centerets forskning, forretning og formidling. Centeret udspringer af DTU Veterinærinstituttet og vil også i den første tid have en organisatorisk tilknytning til instituttet.

”Vi vil i første omgang fokusere på udbygning og videreudvikling af den eksisterende forretning, men det er samtidig hensigten at omsætte den nyeste teknologiske forskning til fremtidige diagnostiske løsninger,” fortæller institutdirektør Kristian Møller, der også er leder af centeret.

Centeret vil øge fokus på samarbejdet med landbrugserhvervet, så værdifuld viden og data fortsat kan ligge til grund for det fremtidige veterinære arbejde.

DTU’s diagnostik udfører ca. en mio. analyser om året fordelt på 150 forskellige tests.

To m N ervil , C h a rl ot t e Bo ma n H ed e, H en rik L a rs en , U N E P DT U Pa r t n e r sh i p , Lot t e Kr u ll Th o ma s Sjø ru p , Ad a m M ø r k , T h o m a s Hj o r t J e n se n

O L IEIN DVIN DIN G

POLY M ERTEK N O LO G I

09

Opskriften på olierør til oceanets dyb I laboratorierne hos National Oilwell Varco bliver stål og avancerede plasttyper mishandlet, så man er sikker på, at de færdige rør kan holde til at transportere olie og gas i 2,5 km’s havdybde.

Mo rte n An d e rse n N OV F lex ib le s

K

ugler af plast smeltes og ekstruderes til et aflangt emne, som marineres i diesel­ olie og koges 12 måneder.

Opskriften ville næppe vinde i en tv-bagedyst, men er et eksempel på den mishandling, som materialer bliver udsat for hos National Oilwell Varco Denmark I/S. Virksomheden, som i daglig tale kaldes Flexibles, er en af verdens tre førende leverandører af bøjelige rørledninger til olie- og gasbranchen. ”Efterhånden som de lettilgængelige oliefelter tømmes, kommer der stadig flere projekter på stor vanddybde. Det

Flexibles olierør består bl.a. af polymer, som ekstruderes på rørene ved ekstremt høje temperaturer.

betyder ekstreme forhold med hensyn til tryk og temperatur.

Det er en konstant udfordring for os at sikre, at vi kan imødekomme de stigende krav, som kunderne stiller,” forklarer Jacob Sonne, som er principal engineer i Flexibles.

Virksomheden har produktion i Kalundborg og Brasilien, mens forskning, udvikling og administration ligger i Brøndby.

Som et led i arbejdet med at holde sig på forkant indledte virksomheden for snart 20 år siden et samarbejde med DTU’s Center for Energy Resources Engineering (CERE). Her undersøger lektor Nicolas von Solms og hans gruppe, hvordan CO2 og andre

gasser, som transporteres i rørene, trænger ind i rørenes plastlag ved højt tryk og høj temperatur.

Fra stålrør til bøje­ lige rørledninger Moderne olie- og gasrørsledninger er bygget op som sandwich­ konstruktioner. Lag af stål giver styrke. Lag af isolerende materiale sikrer ønskede temperaturer, især for at forhindre dannelse af såkaldte gas­ hydrater, der minder om is og kan stoppe rørene til. Sidst, men ikke mindst bidrager lag af polymer med

10

O L I E I N DV I N D I N G

P O LYME RTE K NO LO G I

Flexibles er en af verdens største producenter af olierør. På havnen i Kalundborg ligger en af Flexibles’ fabrikker, som står for omkring halvdelen af virksomhedens rørproduktion.

at gøre røt tæt, dog uden at gå på kompromis med dets bøjelighed. Heraf ordet Flexibles i virksomhedens navn.

Siden midten af 1980’erne har bøjelige rør gradvist fortrængt stålrør inden for udvinding af olie og gas. De bøjelige rør er langt mere praktiske, fordi de er lette at montere på havbunden.

Det stigende antal af olie- og gasindvindingsprojekter på store vanddybder er medvirkende til, at de bøjelige rør nu dominerer. F.eks. udfører man ikke lige service på 2,5 km’s dybde, så det er helt afgørende at have rør med en vis evne til at tilpasse sig de uundgåelige forandringer, som vil indtræffe i terrænet i årenes løb. Rørene bliver typisk dimensioneret til at kunne holde i mindst 20 år.

Men de fleksible rør er ikke uden udfordringer. Der findes f.eks. ingen polymer, som er helt tæt over for indtrængen af gas ved ekstremt højt tryk. Derfor udfører CERE-forskerne forsøg med udstyr, som kan efterligne de forhold, materialerne kommer ud for på havbunden. Udstyret findes på DTU Kemiteknik.

Forsøgene koncentrerer sig om de typer af polymerer, som benyttes til rørenes inderste lag. Samtidig er hovedvægten lagt på indtrængen af CO2. ”Der forekommer altid en vis mængde CO2 i forbindelse med udvinding af olie og gas. Desuden ser vi flere projekter, hvor vores kunder ønsker at øge indvindingsgraden ved at pumpe CO2 ned i undergrunden for at drive olie og gas ud. Den største

Trækbærende metallag Mellemfoer, slidlag Tyndt armeringslag Antislidlag Trykbærende metallag Inderfoer af ekstruderet polymer Rørets metalskelet

udfordring, vi har i øjeblikket, er netop at bygge rør, der kan holde til at transportere CO2 ned i undergrunden,” forklarer Jacob Sonne.

Som at pumpe luft ind i en sten Opgaven er vanskelig, fordi CO2’en skal transporteres under ekstremt højt tryk.

Ellers vil gassen ikke kunne trænge ned i undergrunden og fortrænge olie og gas. ”På grund af det høje tryk, som hersker naturligt på stor vanddybde, svarer indvinding med CO2 til, at man

skal pumpe luft ind i en sten. Man kan sikkert selv forestille sig, hvor stort et tryk det kræver,” siger Jacob Sonne.

Hvis CO2 trænger ind i rørenes polymerlag i for stor mængde, kan det skabe to problemer. For det første kan polymeren svulme op og blive blød.

For det andet kan der dannes blærer i en gasfyldt polymer, hvis trykket sænkes for hurtigt. Det vil ødelægge polymerens barriereegenskaber.

Rent teknisk er det muligt at forebygge problemer ved at bruge en specialpolymer,

DYN AMO

53

06

18

DT U

11

Flexibles Ca. 750 medarbejdere er ansat i Flexibles i Danmark. Heraf er ca. halvdelen beskæftiget med selve produktionen af olie- og gasrør i Kalundborg, mens den anden halvdel er ansat inden for forskning og udvikling samt administration i Brøndby. Virksomheden er en del af den amerikanske koncern National Oilwell Varco, en af verdens største leverandører af udstyr til olie- og gasudvinding. Navnet ’Flexibles’ henviser til, at virksomheden producerer bøjelige rør.

Et typisk rørdesign er en sindrig sandwichkonstruktion af lag med forskellige funktioner.

Yderste skallag af ekstruderet polymer Isoleringslag

men den er dyrere. Og da der skal bruges mange kilometer rør til et typisk projekt inden for offshore olie og gas, kan det hurtigt koste adskillige millioner dollar at skifte polymertype. Denne prisforskel kan være afgørende for, om det er Flexibles eller en konkurrent, der får opgaven.

Derfor gør Flexibles sig store anstrengelser for at finde den rette balance mellem pris og materialeegenskaber for forskellige polymerer. Og da man desværre ikke kan vente 20 år for at se, hvordan et nyt rør vil klare sig, er man nødt til at speede tempoet op og lave accelererede tests, hvor materialer og færdige rør udsættes for belastninger, der er endnu større end det, de vil komme ud for hos kunderne. Det kan f.eks. være ved at koge rør i dieselolie i et år.

Hertil kommer forsøgene på DTU, hvor de væsentligste typer af polymerer, som benyttes til rørenes inderste lag, bliver testet for indtrængen af gas. Disse forsøg bliver udført ved tryk op til 650 bar og ved temperaturer op til 125 °C. ”Det er tests, som vi under alle omstændigheder skulle have udført, fordi det er et krav i den kvalitetsstandard, som vi er underlagt. Men samarbejdet har samtidig givet os en øget forståelse af processerne,” siger Jacob Sonne.

Vigtig brasiliansk kunde I samarbejde med CERE har Flexibles nu ændret sine modeller. ”Det er et stort arbejde, når man skal lave sine modeller om. Men der er ingen vej udenom, og vi kan glæde os over, at vi nu har overensstemmelse mellem det, som vores beregninger forudsiger, og det, som faktisk bliver målt i forsøgene.

Det er meget motiverende og vil forhåbentlig styrke vores evne til at konkurrere fremover,” fortsætter Jacob Sonne.

For tiden er der især to områder i verden, hvor man indvinder olie og gas på stor havdybde. Det ene ligger ud for Afrikas vestkyst, mens det andet ligger ud for Brasiliens østkyst. Udvindingen fra det brasilianske område varetages af landets energiselskab, Petrobras, som er en vigtig kunde for Flexibles. ”Petrobras har sin egen forskningsafdeling inden for rørledninger. Vi har en god dialog med dem. De har jo erfa-

”DTU CERE’s resultater har åbnet for en helt ny metode til at fortolke data på vores område.”

J ACO B S O N N E , P R I N C I PAL E N G I N E E R , F LE X I B LE S

ringerne fra felten. Hvis de ser noget, som ser mystisk ud, skal vi gerne kunne svare for os. I den forbindelse er det vigtigt, at vi har de rigtige laboratorieforsøg og modeller,” siger Jacob Sonne.

Fra 700 meters til 2,5 km’s dybde For at kunne imødekomme efterspørgslen efter rør til stor dybde har Flexibles været gennem en omfattende kvalificering. Det er sket i henhold til branchens egen kvalitetsstandard.

Resultatet er, at man i dag kan levere rør, som er certificeret til 2,5 km’s dybde, mens det tidligere tal var 700 meters dybde.

Virksomheden vil naturligvis gerne kunne levere til endnu større dybde.

Hvornår der kommer efterspørgsel efter det, er svært at sige, vurderer Jacob Sonne: ”Mange forskellige faktorer vil spille ind, ikke mindst udviklingen i olieprisen. Men på et eller andet tidspunkt vil efterspørgslen være der, og vi kan naturligvis ikke vente til den dag med at gå i gang.”

Her er de kemitekniske ligninger vigtige: ”CERE’s resultater har åbnet for en helt ny måde at fortolke data på vores område. Ganske vist har det ikke ført til, at vi har taget nye polymermaterialer i brug, men vi er blevet trygge ved at benytte vores nuværende materialer inden for et større område med hensyn til tryk og temperatur end tidligere,” slutter Jacob Sonne. ico l a s vo n S o lm s, le k to r, DT U Ke m i t e k n i k , N nvs @ k t . d t u . d k

12

TEMA OM IMAGING 14 FORSKERE SKABER BILLEDER MED MATEMATIK

16 MAGNETISK KONTRASTSTOF BAG SKARPE MR-BILLEDER

4 CASES:

18 NY GENERATION AF POLARISATORER

I M A G I N G

H VA D ER IMAG ING ?

ET BILLEDE SIGER MERE END TUSIND ORD

18 DATA SKAL INDSAMLES HURTIGERE 19 MERE MR-SIGNAL SKAL OPFANGES 19 ’TÆND-SLUK-KNAP’ TIL MAGNETISMEN

20 ’SEEING IS BELIEVING’

22 LASERTEKNOLOGI GIVER DETALJEREDE BILLEDER AF HUDKRÆFT

25 RØNTGENBLIK PÅ KRØLLEDE STENFIBRE

27 VILDE VISUALISERINGER TIL VIRKSOMHEDER

Lotte K ru ll Jo achim Ro d e

Imaging handler om at skabe billeder. Det bliver en kerneteknologi i Industri 4.0 og er det allerede inden for f.eks. medicinsk diagnostik og udvikling af lægemidler, siger professor emeritus Knut Conradsen, der sammen med sine kolleger skabte international opmærksomhed inden for billedanalyse. Her svarer han på spørgsmål om imaging.

Hvad er imaging?

Imaging er at skabe billeder. Lige siden fortidsmenneskets hulemalerier har mennesket forsøgt at gengive verden ved hjælp af billeder. I dag har vi mange avancerede måder at lave billeder på, f.eks. ved hjælp af kameraer, røntgenapparater samt en række skanningsteknologier. Vi bruger billeder til at forstå vores omgivelser og den verden, vi befinder os i. Den gamle vending ’Et billede siger mere end tusind ord’ indeholder en beskrivelse af mennesket; nemlig at synssansen er en afgørende sans for os. Den er for os mere generelt anvendelig end f.eks. lugtesansen, fordi vi med synet kan se både langt væk og tæt på. Og vi kan bruge den samme slags matematik til at beskrive fænomener, vi ser, både på nano- og mikrometerskala og på meter-, kilometer- og lysårskala.

Hvad driver udviklingen?

Det gør især sensorerne i alle de billeddannende apparater, som bliver stadig hurtigere og mere følsomme. Dette gør os i stand til at indsamle flere og bedre data, f.eks. under en medicinsk skanning. Vi kan lave billeder af ting, som vi ikke har kunnet hidtil. Samtidig vil de store røntgen- og neutronfaciliteter, som MAX IV og ESS i Lund, give os helt nye muligheder for at skabe billeder af processer og dynamikker. Men udviklingen handler også om at opfinde nye metoder – f.eks. hyperpolarisering (se artiklen side 16, red.), der forbedrer billeder fra MR-skanninger, så man kan se meget mere end på klassiske MR-billeder. Ud over landvindinger inden for sensorteknologi handler det også om at kunne behandle de enorme mængder af data, vi får fra de billeddannende apparater. Det kræver dyb matematisk indsigt, for der skal udvikles algoritmer og kunstig intelligens, så vi får automatiseret en del af dataanalysen – ellers drukner vi simpelthen i mængden af data.

DY N A M O

53

06

1 8

DTU

Hvordan kan vi udnytte imaging?

Billeddannelse vil blive et endnu mere afgørende værktøj til medicinsk diagnostik. Teknologien vil også medvirke til at skabe forståelse for mange af de processer, som foregår i organismen, og det kan give os et nyt udgangspunkt for at udvikle nye lægemidler.

Inden for Industri 4.0 bliver imaging en kerneteknologi.

Det kan udnyttes ved design af nye produkter og kvalitetskontrol af eksisterende, fordi man er i stand til at ’kigge ind’ i materialerne. I det hele taget kan imaging øge forståelsen af materialers egenskaber og vil spille en vigtig rolle i udviklingen af nye materialer.

Selvkørende biler er også afhængige af imaging i form af billedgenkendelse, så køretøjerne bl.a. kan identificere, om et objekt længere fremme er en hjort eller en anden bil.

I landbrugssektoren kan imaging bruges til ’precision farming’. Man kan eksempelvis identificere syge planter eller ukrudt og nøjes med at bekæmpe den enkelte plante og dermed mindske brugen af pesticider. Noget lignende kan man forestille sig i dambrug, hvor man kan monitorere fisk ved hjælp af undervandskameraer og identificere sygdom på baggrund af ændrede bevægelsesmønstre eller pletter på fiskene.

13

Er det teknologisk muligt?

Alle ovennævnte eksempler er inden for teknologisk rækkevidde, og en række af dem er allerede implementeret. En fortsat udvikling herhjemme kræver dog yderligere investeringer, ikke alene i direkte teknologiudvikling, men afgjort også i forskning og uddannelse. Vi skal fastholde en høj kvalitet i uddannelsen af fremtidens kandidater. Det går f.eks. ikke at indføre discountuddannelser med begrænsede muligheder for specialisering. Det er ikke den vej, Danmark skal gå, hvis vi vil være med i den teknologiske udvikling. Det er jo indlysende, at vi ikke er de eneste, der har opdaget potentialet inden for imaging. n u t Co n ra d s e n , p rofe sso r e m e r i t u s, K DTU Co mp u t e , k n co @ d t u . d k æ s mere o m Kn u t Co n ra d se n o g DT U L Co mp u t es fo r sk n i n g i d i gi t a l b i lle d a n a ly se p å s id e 1 4 .

Professor emeritus Knut Conradsen fik sammen med sine kolleger megen omtale, da de publicerede en ny metode inden for billed­ analyse, der skaber nøjagtige computerrenderinger af glasobjekter.

14

I M AGI N G

B I L LEDA N ALYS E

DYNA MO

FORSKERE SKABER BILLEDER MED MATEMATIK

53

06

18

De tre glaselefanter er alle computerskabte renderinger, og der findes intet foto af en ægte glaselefant. De går fra en simpel fremstilling af glas til stadig mere avancerede renderinger af glaselefanten. Læg bl.a. mærke til, hvordan refleksionen af personen i baggrunden forandres i de sidste to renderinger, hvor forskerne har tilføjet beregninger af lysets brydning i materialet.

Det er lykkedes forskere inden for billedanalyse at skabe billeder af glasobjekter med fotografisk præcision – uden at fotografere dem.

Lot t e K ru l l DTU Co mp u t e o g A p p l ied Opt ic s *, J ep p e Reva l l F risva d

G

rænsen mellem virkelighed og en virtuel verden er blevet yderligere udvisket, efter at et hold forskere har udviklet en ny metode, der kan gengive glasobjekter med fotografisk præcision – vel at mærke uden at fotografere dem. Billederne er digitalt frembragte ved hjælp af computere, som er fodret med matematiske modeller, algoritmer, samt data fra skanninger af objekterne. De digitale gengivelser af de virkelige glasobjekter er så vellykkede, at forskerne i efteråret 2017 fik publiceret deres resultater i det videnskabelige tidsskrift Applied Optics og samtidig opnåede en del medieomtale, især i USA. ”Øjet er nemt at narre, hvis vi kigger på komplekse optiske materialer som glas, der nok er det mest udfordrende materiale at digitalisere. Vi har derfor udviklet en metode, som gør det muligt

at afgøre, i hvilken grad digitalt glas svarer til virkeligt glas,” fortæller professor emeritus Knut Conradsen, som var med på holdet af de i alt 13 forskere fra DTU Compute samt en fra DTU Fysik. ”Klart glas er nærmest usynligt.

Det er lyset og dets brydning gennem materialet, der sætter mennesker i stand til at se det. Samtidig bliver lyset også reflekteret på mange måder i glas.

Det anses derfor for lidt af en bedrift at opnå så vellignende renderinger af glasobjekter,” siger Knut Conradsen.

Virtuelle glasobjekter Forskerne havde sat sig for at lave en digital kopi af en virkelig opstilling af tre glasobjekter – en kande, en kugle og et fad med låg – på en ternet baggrund belyst med LED-lys. Først blev hvert objekt fotograferet af to kameraer. Dernæst anvendte forskerne en robotarm

Den øverste række billeder er computerskabte renderinger af tre glasobjekter.

De tre billeder nedenunder er de faktiske fotos af samme objekter.

Efterfølgende har forskerne placeret de digitale glasobjekter i et billede af et sofabord.

Det er umuligt at se, at glaskanden, fadet og kuglen aldrig har stået på sofabordet. *) FOTO: J.D. STETS, A. DAL CORSO, J.B. NIELSEN, R.A. LYNGBY, S.H.N. JENSEN, J. WILM, M.B. DOEST, C. GUNDLACH, E.R. ERIKSSON, K. CONRADSEN, A.B. DAHL, J.A. BÆRENTZEN, J.R. FRISVAD AND H. AANÆS: ’SCENE REASSEMBLY AFTER MULTIMODAL DIGITIZATION AND PIPELINE EVALUATION USING PHOTOREALISTIC RENDERING’, APPLIED OPTICS, VOL. 56, ISSUE 27, PP. 7679-7690 (2017).

DTU

Renderingen illustrerer, hvordan vi kan narres til at tro på, at noget er glas, selvom det bare forvrænger lyset en smule.

1

Her indeholder renderingen nogle af beregningerne af lysets brydning i glasset. Men hvis man kigger på detaljerne, så er det ret mangelfuldt, fordi der mangler absorption samt mange brydninger og interne lysrefleksioner.

2

I denne sidste rendering bruges metoden, som forskerne har publiceret i Applied Optics, hvor man tager en fuld beregning af lysets brydninger, og hvor man tager højde for, at glasset også absorberer en lille del af lyset.

til at registrere den nøjagtige placering af de to kameraer for at få data på den rumlige dimension af sceneriet, hvilket er afgørende for at kunne genskabe opstillingerne digitalt.

Beregninger af lys De tre glasobjekter blev så CT-skannet, så forskerne kunne få oplysningerne om objekternes udformning, hvilket de oversatte til matematiske modeller. Det kombinerede forskerne med modeller for, hvordan lysstråler bevæger sig gennem forskellige objekter. Sluttelig blev de mange data samlet til de vellignende billeder. Med de oprindelige fotos af glasobjekterne kunne forskerne pixel for pixel sammenligne virkeligheden med den digitale version. ”Der er jo en fantastisk god lighed.

Hvis man ser nøje efter, vil man opdage lidt afvigelser i lysspredningen i den digitale version. Men vi har vist, at vi kan genskabe glasobjekter digitalt. Ikke alene fordi vi har en kraftig computer, men også fordi vi har en forståelse af, hvad der sker. Det sætter os i stand til at lave matematiske modeller af, hvordan virkeligheden agerer,” siger Knut Conradsen.

Billeder gengiver virkeligheden Metoden til at skabe virtuelle glas­ objekter kan være nyttig til filmproduktion og virtual reality-oplevelser, men her er kravene til absolut naturtro gengivelse ikke så store. Mere relevant er anvendelser i prototyping og designforbedringer af produkter samt i kvalitetssikring.

Men DTU-forskerne har demonstreret en større pointe: Med så avancerede billedanalysekompetencer er det rimeligt at antage, at de renderinger, der skabes ved hjælp af data fra f.eks. røntgensynkrotroner, og som visualiserer enzymer, nervebaner eller fibre i en vindmøllevinge, faktisk viser os en verden, som den ville se ud, hvis man kunne fotografere den. n u t Co n ra d s e n , p rofe sso r e m e r i t u s, K DTU Co mp u t e , k n co @ d t u . d k

3

15

16

IM AG I NG

H Y P E R P O LA R I S E R I N G

Billederne stammer fra en MR-skanning af et grisehjerte på en levende gris, hvor kontraststoffet er hyperpolariseret vand. Herved forstærkes MR-signalet med en faktor 200, så små og store blod­å rer gengives tydeligt.

MAGNETISK KONTRASTSTOF BAG SKARPE MR-BILLEDER DTU’s grundforskningscenter HYPERMAG forsker i teknologier, der kan afsløre vigtige detaljer om sygdomme på MR-skanningsbilleder. En af teknologierne skal nu afprøves på kræftpatienter.

Lot te K rull Ka sp e r Lip sø , La s se G o rm Je n se n

M

R-skanninger har i årtier leveret fantastisk flotte billeder af kroppens anatomi. Nu er det muligt at bruge MR-billederne til helt ned på celleniveau at iagttage cellernes stofskifte.

Dette er nyttigt på bl.a. kræftområdet.

Ved hjælp af en ny teknologi kan lægerne måske allerede samme dag, en kemo- eller strålebehandling har fundet sted, afgøre, om behandlingen virker på kræftcellerne. Det er uhørt hurtigt, da kræftpatienter ellers må vente i månedsvis på at få vished om,

hvorvidt behandlingen er virksom.

Denne nye teknologi kaldes Hyperpolarized Metabolic MR og er opfundet af professor Jan Henrik ArdenkjærLarsen for 15 år siden, da han var ansat i medicinalvirksomheden Nycomed. I dag er professoren leder af grundforskningscenteret HYPERMAG, Center for Hyperpolarization in Magnetic Resonance, som er placeret ved DTU Elektro. ”På HYPERMAG arbejder vi både på at forbedre selve metoden for hyperpolarisering, men også på at forbedre dele af MR-teknologien, bl.a.

antennerne, som modtager signalet, samt indsamling og behandling af data, så vi kan frembringe så gode billeder som overhovedet muligt,” siger professor Jan Henrik ArdenkjærLarsen, der oprindeligt er uddannet elektroingeniør.

MR-signal forstærkes 20.000 gange Metoden går ud på, at man magnetiserer et sporstof, f.eks. sukkerstoffet pyruvat, ved hjælp af hyperpolarisering (se mere i illustrationen på side 17).

Når det magnetiske sporstof injiceres i patienten, vil det optages i kroppens celler. Det hyperpolariserede sporstof forøger MR-signalet med en faktor 20.000 eller mere og gør det muligt at følge cellernes stofskifte. Især kræftceller afslører sig på billederne. ”Kræftceller har en høj metabolisme (stofskifte, red.) og vil derfor omsætte sukkerstoffer hurtigere end andre celler. Når cellerne nedbryder pyruvat, dannes der flere forskellige metabolitter – nedbrydningsprodukter – heriblandt laktat. Vi kan gå ind og måle på laktatsignalet, og fordi det er magnetisk, vil det medføre, at områder på MR-billedet lyser kraftigt op. Jo mere aktive cellerne er, jo mere pyruvat vil de omsætte til laktat. Jo mere laktat, der opstår, jo mere cellerne de lyse op på MR-skanningen. På den måde vil lægerne kunne se, hvor aktive kræftcellerne i en tumor er før og

HYPERMAG Grundforskningscenteret HYPERMAG – Center for Hyperpolarization in Magnetic Resonance – blev oprettet i 2015 på baggrund af en bevilling på 55 mio. kr. fra Danmarks Grundforskningsfond.

Centeret har 25 medarbejdere og er placeret ved DTU Elektro.

Centerets forskning er inddelt i tre temaer: • Fysik og instrumentering • Billeddannelse, billedanalyse og modtagespoler • Anvendelser inden for medicin, biologi og kemi.

Overordnet skal forskningen føre til MR-billeder med mere specifik information om sygdomsprocesser samt en hurtigere billeddannelse.

DY N A M O

53

06

18

SÅDAN VIRKER HYPERPOLARISERET SPORSTOF Hyperpolarisering kan magnetisere f.eks. det harmløse sukkerstof pyruvat, så det kan bruges som sporstof ved MR-skanninger.

Når det bliver injiceret i en patient før en MR-skanning, bliver MR-signalet forbedret op til 20.000 gange. Metoden kaldes for Hyperpolarized Metabolic MR og bliver i 2018 afprøvet for første gang på kræftpatienter ved Skejby Sygehus.

Hyperpolariseret sporstof

1 Før hyperpolariseringen er

Hyperpolariseret sporstof Elektron

S e m e re p å w w w .hypermag.dtu.dk

C (kulstof-13)

13

Upolariseret sporstof

Elektron

200

C (kulstof-13)

efter en behandling,” siger Jan Henrik Ardenkjær-Larsen. HanUpolariseret pointerer, sporstof at metoden er ufarlig og mere skånsom end andre indgreb til diagnosticering, f.eks. vævsbiopsier eller injektion af radioaktive sporstoffer.

Milepæl for medicinsk billeddannelse I slutningen af 2017 fik Skejby Sygehus tilladelse til at anvende hyperpolariseret MR på patienter med kræft i bugspytkirtlen. Hidtil har man kun afprøvet metoden på dyr på såvel Skejby Sygehus som Rigshospitalet.

Begge sygehuse arbejder tæt sammen med Jan Henrik Ardenkjær-Larsens forskergruppe. ”Vores teknologi er lykkeligvis Upolariseret sporstof kommet så langt nu, at den er i hænderne på lægerne, som kan begynde at lave kliniske studier på mennesker.

Det er en milepæl for metoden, for medicinsk billeddannelse er ekstremt vigtig til at diagnosticere, karakterisere og følge op på sygdomme,” siger Jan Henrik Ardenkjær-Larsen.

På grundforskningscenteret HYPERMAG undersøger forskere nu, hvordan Hyperpolarized Metabolic MR kan bruges til at følge andre sygdomme, der også kommer til udtryk ved stofskifteforandringer i celler, bl.a. diabetes og hjerte-kar-sygdomme.

Pyruvat

Laktat sukkerstoffet beriget med kulstof-13, Alanin hvis atomkerne er magnetisk. Derefter tilsættes et kemisk hjælpestof, Bikarbonat som har Pyruvat Laktat frie elektroner (rød pil).

Alanin

13

J an H e n rik Ard e n kjær- Larsen, professor, le d e r af HYP E RMAG, jhar@elektro.dtu.dk

17

DTU

Hjerne: 20-25 sek.

190

180

170

160

150

2 Selve hyperpolariseringen foregår i PPM Bikarbonat

en maskine (polarisator). Ved at nedkøle sukkerstoffet til 1 kelvin (minus150 272 200 190 180 170 160 grader celsius) PPM i et magnetfelt hjælper elektronerne med at overføre magnetismen til sukkerstoffet. Dette kaldes for dynamisk kernepolarisering.

Hjerne: 20-25 sek.

LUNGER 5-15 sek.

3 Sporstoffet opvarmes lynhurtigt til

stuetemperatur og bliver sprøjtet ind i arm. Nedenfor ses, hvor lang tid der går, før sporstoffet når kroppens forskellige organer.

HJERTEKAMRE patientens 3-4 sek.

Hyperpolariseret sporstof

KRANSPULSÅRE 15-20 sek.

LUNGER 5-15 sek.

Pyruvat

4 Kroppens celler omsætter sporLaktat

Elektron

LEGEMSPULSÅREN 25 sek.

13 HJERTEKAMRE C (kulstof-13)

3-4 sek.

KRANSPULSÅRE 15-20 sek.

Hjerne: 20-25 sek.

LEGEMSPULSÅREN 25 sek.

LUNGER 5-15 sek.

HJERTEKAMRE 3-4 sek.

KRANSPULSÅRE 15-20 sek.

LEGEMSPULSÅREN 25 sek.

Alanin

stoffet. Det medførerBikarbonat nedbrydningsprodukter (metabolitter), som også er magnetiske, og derfor kan mængderne 200 190 180 170 160 150 måles ved MR-skanningen.

Da kræftPPM celler har en højere metabolisme end normale celler, vil en høj mængde af metabolitter afsløre aktive kræftceller, og de fremstår som stærkt lysende områder på MR-billedet. Falder mængden af metabolitter, betyder det omvendt, at kræfttumorens aktivitet er faldende.

18

I M AGI N G H Y P E R P O LA R I S E R I N G

Gennem skanninger af et fantom kan Rie Beck Hansen teste sine metoder til accelereret dataindsamling.

FORSKNING, DER SKAL FORBEDRE MR-SKANNINGER Forskerne på grundforskningscenteret HYPERMAG arbejder på at brede Hyper­polarized Metabolic MR ud til flere anvendelser. Selve metoden forfines og testes til nye formål, og polarisatoren, hvor hyperpolariseringen sker, udvikles.

Centerets forskning handler også om at forbedre teknologien til MR-skanninger og de efterfølgende analyser af MR-signalerne.

Målet er at opnå mere detaljerede MRbilleder og en hurtigere billeddannelse.

Lot te K rull H Y PE RMAG , Danie l H ø jrup Johansen

DATA SKAL INDSAMLES HURTIGERE Tid er en kritisk faktor, når man bruger magnetiseret sporstof i MR-skanningen, da magnetismen kun holder i et par minutter.

Det stiller høje krav til hurtig indsamling af MR-signalerne. Ph.d.studerende Rie Beck Hansen forsker i dataacceleration, dvs. hurtigere indsamling af MR-signalerne gennem såkaldte parallel imaging-metoder. Metoderne udnytter hardware, hvor MR-signaler optages samtidig (parallelt) fra flere spoler ved patienten. Mange spoler giver flere vinkler ind i patienten, og herved skabes et overlap af de data, man optager.

Overlappet kan udnyttes til at indsamle færre MR-signaler pr. spole, og dette accelererer dataopsamlingen. Algoritmer sikrer, at der alligevel konstrueres et nøjagtigt MR-billede. Ries forskning omfatter også udvikling og programmering af den software i MR-skanneren, der sikrer de gode MR-billeder. Da de nuværende metoder til opsamling af MR-signaler ikke er hurtige nok, kan Ries forskning være med til at skabe et reelt grundlag for hyperpolariseret MR i klinisk anvendelse.

R ie Bec k H a n s en , p h . d . - st u d eren d e, H Y P E R M AG, rb eh a @ e le k t ro . d t u . d k

NY GENERATION AF POLARISATORER For at magnetisere kontraststoffet skal man bruge et kraftigt magnetfelt, nedkøle til minus 272 grader celcius med flydende helium og bestråle med mikrobølger.

Hyperpolarisering kræver en polarisator, som er bekostelig at anskaffe og dyr i drift. For at udbrede billeddannelse ved hjælp af hyperpolarisering skulle der i den ideelle verden stå en polarisator på ethvert sygehus, der har en MR-skanner. På HYPERMAG arbejder forskerne derfor på at udvikle en ny polarisator, som kræver mindre at anskaffe og drive. Forskerne har nu en prototype, der magnetiserer bedre og hurtigere og ikke bruger noget helium. Den kan nå minus 272 grader celcius uden brug af flydende helium; blot ved hjælp af en kølemaskine. Den opererer ved det højeste magnetfelt endnu set, op til ti tesla, og kan integreres direkte med en MR-skanner.

J an Henrik Ard en k jæ r- L a rs en , p rofes s o r, l ed er af H Y P E R M AG, jh a r@ el ek t ro . d t u . d k

DY N A M O 5 3 0 6 1 8

DTU

MERE MR-SIGNAL SKAL OPFANGES Det er elektronik, der opfanger MR-signalerne fra patienten under en MR-skanning.

På fotoet ovenfor ses hjelmen med de 32 spoler, som skal opfange MR-signalerne fra patienten. Normalt anvender forskerne hjelme med otte eller 16 spoler. For at undgå at spolerne genererer støj, som forplumrer billederne, har Daniel Højrup Johansen udviklet preamplifiers (for-forstærkere), som er monteret oven på hjelmen. Formålet er at opfange mere af MR-signalet ved en MR-skanning og enten opnå bedre billeder eller hurtigere skanningsforløb.

Signalerne bliver opfanget af små kredsløb af kobberledninger, der også kaldes for spoler. De bliver placeret tæt på patienten under skanningen. Jo flere spoler, jo mere signal kan man opfange. Det kan medvirke til enten bedre billeder, eller at patienten bruger kortere tid i skanneren. Udfordringen er dog, at spolerne samtidig bidrager med støj og fejlsignaler, som kan forplumre et MR-billede.

Så hvordan kan man opfange mest muligt af MR-signalet med den mindst mulige støj og færrest mulige fejlsignaler?

Det forsker ph.d.-studerende Daniel Højrup Johansen i. Han har udviklet en preamplifier (for-forstærker), der modbeviser den hidtidige opfattelse, at det var umuligt at fjerne alle fejlsignaler (gensidig kobling) fra spolerne. ”Vi har bevist både teoretisk og praktisk, at det er muligt at konstruere for-forstærkere, som minimerer støj og fjerner fejlsignaler fra spolerne,” siger Daniel Højrup Johansen.

De nye for-forstærkere er blevet implementeret på en hjelm, der ligner den, patienter er iført under hovedskanninger.

Samtidig har Daniel øget antallet af spoler på hjelmen, så han arbejder med 32 spoler

i stedet for de otte eller 16 spoler, som forskerne ellers anvender. Næste skridt i projektet er at teste hjelmen gennem fantomskanninger på Skejby Sygehus. ”Det er ikke engang sikkert, at 32 spoler hjælper os med at få et bedre MR-billede. Men det er vores job som forskere at udfordre grænserne,” siger Daniel Højrup Johansen. a n iel H ø jru p J o h a n s en , p h . d . - st u d eren d e, D H Y P E R M AG, d h jo @ el ek t ro . d t u . d k

’TÆND-SLUK-KNAP’ TIL MAGNETISMEN Hvis magnetismens levetid i kontraststoffet forlænges, bliver man uafhængig af afstanden til polarisatoren.

Magnetismens korte holdbarhed betyder, at det apparat (polarisatoren), der forestår magnetiseringen af kontraststoffet, skal stå lige ved MR-skanneren. Så kan kontraststoffet injiceres i patienten, umiddelbart efter at det er magnetiseret. På HYPERMAG arbejder forskerne på at udvikle en metode, der kan forlænge magnetismens levetid i kontraststoffet. Det sker på baggrund af ny viden om, at magnetisme fra elektroner kan aktiveres med uv-lys og stoppes igen med varme. Når man på den måde kan ’tænde og slukke’ for elektronernes magnetisme, bliver det muligt at hyperpolarisere kontraststoffet længe før anvendelse, ligesom det kan transporteres, så det ikke længere er nødvendigt, at hyperpolariseringen sker lige ved siden af MR-skanneren. n d rea C a p oz z i, p o std o c , A H Y P E R M AG, a n d c a p o @ el ek t ro . d t u . d k h rist in e Pep ke Gu n n a rs s o n , C p h . d . - st u d eren d e, H Y P E R M AG, c p ep e@ el ek t ro . d t u . d k

19

20

IM AG IN G

DTU planlægger at udvide faciliteterne til elektronmikroskopi for bedre at kunne håndtere bl.a. biologiske prøver.

’SEEING IS BELIEVING’ Elektronmikroskopiens billeder skaber forståelse og dokumentation af en verden, vi ikke kan se med det blotte øje.

Ma riann e Vang Ry d e o g Lotte Krull J oa chim Ro d e , S ign e Q u almann

D

e otte elektronmikroskoper på DTU Cen – Center for Electron Nanoscopy – kører fra tidlig morgen til sen eftermiddag på Lyngby Campus. Alligevel er der ventetid på at komme til dem.

Anders Baun, professor på DTU Miljø, er blandt de forskere, der anvender billeder fra elektronmikroskopi til sin forskning. Han undersøger, om nano­ partikler har uønskede effekter på miljøet. ”Det er vigtigt for os at se, hvordan nanopartiklerne organiserer sig, og hvad der sker med dem, når de optages af en levende organisme. ’Seeing is believing’. Vi bruger ikke de mest avancerede instrumenter i Cen. Vi skal ’bare’ kunne dokumentere, om der er nogle nanopartikler i vores prøver – hvor de er, og om de har klumpet sig sammen,” siger Anders Baun.

DTU planlægger at udvide instrumentparken, dels for at imødekomme en stigende efterspørgsel på elektronmikroskopi – ikke kun fra DTU-forskere, men fra forskningsmiljøer i hele verden – dels for at opgradere med nyt udstyr, da de nuværende instrumenter har ti år på bagen. For udviklingen af elektronmikroskoper handler nu mindre om at opnå højere opløsning af billederne og mere om at øge sensitiviteten i instrumentet, siger Jakob Birkedal Wagner, videnskabelig direktør ved DTU Cen. ”Øget sensitivitet betyder, at kameraer og andre detektorer i mikroskopet bliver bedre til at samle signalet op fra elektronbeskydningen. Det betyder, at vi ikke behøver at ’skyde’ så mange højenergi-elektroner på de prøver, vi undersøger, ligesom vi heller ikke behøver at skyde så længe ad gangen.

Dvs. at vi mindsker ødelæggelsen eller

M I K RO S KO P I

DY N A M O

53

06

186

18

DTU

Mikroskopbillede af en voksen dafnie, som er en af de vandlevende organismer, der bruges i risikovurderingen af kemikalier og nanopartikler.

Forskerne ser på, om partiklerne bare kører igennem mave-tarm-systemet og kommer ud, eller om de bliver optaget i organismen.

21

forandringen af vores prøver under selve mikroskoperingen. Det er særlig interessant, når det gælder undersøgelse af biologiske materialer, som er følsomme over for elektronbeskydningen,” siger Jakob Birkedal Wagner.

Nye elektronmikroskoper vil også gøre det muligt at studere organismer, som er fikseret gennem nedfrysning (kryobehandling). Det er noget, der har interesse hos Anders Baun: ”Man kan ikke smide biologiske organismer ind i mikroskopet, som de er; de skal først behandles, og i den proces kan man risikere at ødelægge prøverne. Derfor kunne det være interessant for os, at instrumenterne fik en kryoudbygning, så vi kunne se på prøverne i frossen tilstand. Det ville ikke spare tid, men det ville måske give bedre resultater.”

Ud over at udvide med nyere mikroskoper arbejder DTU Cen også med at udvide med nye laboratoriefaciliteter, så det bliver lettere at håndtere især biologiske prøver. Det er ambitionen at stå klar med de nye faciliteter og instrumenter i 2020. n d ers Ba u n , p rofe sso r, DT U M i lj ø , A a b a u @ env. d t u. d k J a ko b Birked a l Wa gn e r, p rofe sso r o g vid en s ka b el ig d i re k tø r, DT U C e n , ja ko b . wa g n er @ c e n . d t u . d k

22

I M A G I N G

O PT I C AL COHERENCE TOMOG RAP HY

LASERTEKNOLOGI GIVER DETALJEREDE BILLEDER AF HUDKRÆFT Lot t e K ru l l

J o a c h im Ro d e, DTU Foto n ik

DY N A M O

53

06

186

18

DTU

23

OCT-projektet ShapeOCT-projektet løber i 2015-2019 og er et samarbejde, der udvikler den billeddannende teknologi OCT (Optical Coherence Tomography). Projektet fokuserer på midt-infrarøde superkontinuum-kilder (laserkilder). Den midt-infrarøde stråling kan udnyttes til billeddiagnostik af hudkræft.

Projektet er støttet af Innovationsfonden med 25,7 mio. kr.

Partnere er: DTU, Bispebjerg Hospital, NKT Photonics A/S og University of Kent.

Når vi har billeder af høj kvalitet, kan vi hurtigt afgøre, om patienten har hudkræft eller ej. Vi kan også se, hvor meget kræften har bredt sig i huden – både i dybden og i bredden. Dermed slipper patienten for, at vi tager en vævsprøve, og man undgår at skulle vente i flere dage på svaret. I stedet kan man hurtigere komme i gang med den rigtige behandling,” siger overlæge, ph.d., klinisk lektor Mette Mogensen, Dermatologisk Afdeling på Bispebjerg Hospital.

Bispebjerg Hospital arbejder sammen med DTU om at forbedre en laserbaseret teknologi til billeddiagnostik af hudkræft.

I løbet af 2018 forventes de første patienter at få glæde af de nye, bedre billeder.

D

et handler om infrarødt lys og de perfekte bølgelængder. Om optiske krystalfibre og laserteknologi. Om at kunne banke størrelsen af en laserkilde, der omtrent fylder to kontorer, ned i en boks, der ikke er større end en skotøjsæske. Det handler om dyb viden om fysik, optik og avanceret laserteknologi kombineret med lige så dyb klinisk viden om hudkræft, billeddiagnostik og om at kunne

anvende denne, så hudkræftpatienter hurtigere får en diagnose og den rigtige behandling. Det handler med andre ord om at skabe billeder af huden af den allerhøjeste kvalitet lynhurtigt. ”Når vi bruger billeder til diagnostik af hudkræft, er det vigtigt, at de har en høj kvalitet, så vi kan se mange detaljer under hudens overflade. Vi vil gerne kunne se de klare afgrænsninger mellem hudens lag og afgrænsningerne mellem kræft og normal hud.

Forskerne fra DTU Fotonik bruger laserkilder kendt som superkontinuumkilder til at frembringe infrarødt lys.

En smertefri undersøgelse Mette Mogensen har mere end ti års erfaring med billeddiagnostik af hudkræft og har lige så længe samarbejdet med DTU Fotonik om teknologien, der gør det muligt at ’kigge ned’ i huden. Teknologien kaldes for Optical Coherence Tomography (OCT) og viste første gang sit potentiale inden for billeddiagnostik i starten af 1990’erne.

Med OCT udnytter man infrarødt lys til at se et par millimeter ind i huden.

OCT-metoden giver et ’real-time’-billede af vævet, samtidig med at den er smertefri og ikke-invasiv, dvs. at der hverken skal skæres eller prikkes i patienten.

I projektet ShapeOCT har forskere fra bl.a. DTU og Bispebjerg Hospital samarbejdet om at få OCT-teknologien til at levere billeder af en højere kvalitet. Det er også et mål at kunne ’se længere ned’ i huden, fortæller Ole Bang, professor ved DTU Fotonik, om projektet, som har kørt i tre år.

24

I M AGI N G

O P T I C AL CO H ER EN C E TO M O G R A P H Y

DY N A M O

53

06

1 8

DTU

Dette kan OCT bruges til Det midt-infrarøde lys er usynligt for det menneskelige øje, men kan anvendes til billeddannelse gennem OCT-apparater (Optical Coherence Tomography).

Bølgelængden af det infrarøde lys afgør, hvad lyset kan udnyttes til, fordi materialernes absorption af lys varierer med de forskellige bølgelængder.

I ShapeOCT-projektet udvikles OCT-systemer med infrarødt lys med følgende bølgelængder: • 1,3-2 µm: Kan trænge et par millimeter ned i huden. Velegnet til diagnostik af hudkræft.

• 4-7 µm: Kan ’skinne’ igennem hårde materialer, bl.a. keramik og plastik. Kan bruges til at afsløre fusk med produkter som alukaffekapsler, piller, kreditkort og lign.

• 3-12 µm: Disse bølgelængder af midt-infrarødt lys kaldes også for det molekylære fingeraftryksbånd. På disse bølgelængder er det muligt at identificere specifikke molekyler. På den måde kan man opdage uønskede stoffer, hvilket kan udnyttes til at afsløre forurening af luft, jord og fødevarer.

Venstre billede viser det øverste lag af en rask patients hud, når der er brugt konventionelt OCTudstyr. På højre billede er DTU Fotoniks forbedrede OCTudstyr brugt, som viser flere detaljer.

Netop detaljerne er vigtige, når hudkræft skal diagnosticeres.

Udfordring med dybden ”Vi er lykkedes med at forbedre OCT-teknologien, så den leverer mere detaljerede billeder end de OCT-apparater, der er på markedet i dag. Lige nu arbejder vi på at kunne trænge dybere ned i huden med det infrarøde lys, så vi kan skabe billeder, der viser, hvor dybt kræften er nået,” siger Ole Bang.

Netop dybden er vigtig for lægerne: ”Det har stor betydning, at vi kan se, hvor dybt kræften er nået, for det afgør, hvilken behandling patienten skal have: operation, strålebehandling, eller om vi kan nøjes med at påføre medicin direkte på huden,” siger overlæge Mette Mogensen.

At trænge dybere ned i huden er dog nemmere sagt end gjort. Den laserkilde, Ole Bang og hans forskergruppe arbejder med, er en såkaldt superkontinuum-laser. De fleste af os

kender laserstråler som en kraftig lysstråle med kun én farve. Med en superkontinuum-laser er det muligt – ved at sende laserstrålen gennem optiske krystalfibre – at tage det kraftige laserlys med kun én farve og omforme det til hvidt lys med alle farver. For inde i krystalfiberen sker en spektral spredning af lyset, dvs. at lyset går fra én bølgelængde (én farve) til hele spektret (alle farver). Ud over at indeholde alle synlige farver indeholder det hvide lys også det usynlige, infrarøde lys. Udfordringen for Ole Bang og hans forskergruppe er at få laseren til at levere infrarødt lys med de rigtige bølgelængder. ”Jo kortere bølgelængder det infrarøde lys har, jo mere spredes lyset, når vi sender det ind i huden. Dvs. at for at trænge længere ind i huden har vi brug for infrarødt lys med længere bølge-

længde. Det OCT-system, som bliver testet på Bispebjerg Hospital, er baseret på infrarødt lys med bølgelængden 1,3 µm (mikrometer, red.). Vi arbejder på at få den op på 4 µm,” siger Ole Bang.

Selvom det faktisk er lykkedes forskergruppen at skabe infrarødt lys med det bredeste bølgelængdespektrum nogensinde fra 1,3 og helt op til 13,3 µm, kan det hele ikke bruges til menneskeligt væv, fordi lyset absorberes af væsken i vævet. Til gengæld kan det udnyttes til faste og ikkevandholdige materialer som bl.a. tænder, piller, solceller og plastik.

For at opnå dette brede bølgelængdespektrum har forskerne arbejdet med at udvikle særlige optiske krystalfibre, som forskergruppen selv fremstiller i et særligt træktårn, som findes på DTU Fotonik.

Test på patienter i 2018 I løbet af 2018 regner Bispebjerg Hospital med at få tilladelse til at bruge den forbedrede OCT-teknologi på patienter. Hidtil er udstyret kun testet på raske forsøgspersoner. ”Med det nye OCT-apparat får vi ikke bare bedre billeder. Vi får også mulighed for at gennemføre skanningen af patienterne på et par sekunder i stedet for det halve til hele minut, som vi skal bruge med det konventionelle OCT-udstyr. Det er rigtig nyttigt, hvis det f.eks. er et øjenlåg, vi skal undersøge, fordi vævet skal holdes helt stille under skanningen,” siger Mette Mogensen.

Overlægen vurderer, at med den forbedrede OCT-teknologi kan helt op til 60 pct. af diagnoserne stilles alene på baggrund af billeder. Ved de resterende 40 pct. bliver man stadig nødt til at tage en vævsprøve. ”Langt størstedelen af vores patienter med hudkræft har glæde af den nye, hurtigere diagnostik, for deres diagnose bliver stillet hurtigt ved en smertefri undersøgelse, hvor svaret ligger samme dag,” siger Mette Mogensen. l e Ba n g , p rofes s o r, DT U Foto n i k , O o b a n @ foto n ik . d t u . d k

IMAGIN G

RØNTGENTO M O G R A F I

25

RØNTGENBLIK PÅ KRØLLEDE STENFIBRE Imaging-teknologi er med til at sikre, at Rockwools produkter overholder nøjagtig samme specifikationer uafhængigt af fabriksanlæg.

Mo rte n An d e rse n Ro ckwo o l , 3 D Im aging Center

D

en grundlæggende funktion af Rockwool-koncernens hovedprodukt virker enkel. Spinkle fibre af sten er vævet sammen, så ulden kan rumme lommer af luft, der gør produktet isolerende. Alligevel har inspiration fra moderne hjerneforskning hjulpet virksomheden til at forstå sit produkt endnu bedre. ”Det er velkendt, at orienteringen af fibrene i kompositmaterialer til vindmøllevinger har stor betydning for brudstyrken og en række andre egenskaber. Det samme er tilfældet i stenuld, men faktisk er tingene væsentlig mere komplicerede. Man kan godt give stenfibrene en overordnet orientering, men samtidig krøller de på ret kaotiske måder,” forklarer programleder Dorthe Lybye, Rockwool.

En yderligere udfordring er, at virksomhedens fabrikker er forskellige. ”Af og til kan der endda være forskel mellem to produktionsanlæg. For det første skal vi have styr på, at de relevante specifikationer er overholdt uanset anlægget. For det andet ser vi nogle gange, at et bestemt anlæg har markant gode resultater. Og da vil vi jo gerne vide hvorfor, så vi kan overføre den samme effekt til de andre anlæg,” siger Dorthe Lybye.

Meget mere end isolering Det hører med til billedet, at isoleringsevnen ikke er den eneste materialeegenskab, som er vigtig. Ud over det velkendte produkt til isolering af bygninger markedsfører Rockwool en række specialiserede produkter.

Eksempler er særlige produkter til industriel brug, lydisolerende stenuld,

Med røntgentomografi er det muligt at lave billeder af fibrene inden i Rockwools produkter.

produkter med høj styrke til gulve og særligt vindbestandige produkter til facader. Faktisk er det i dag muligt at bygge husenes ydre vægelementer udelukkende i stenuld – virksomheden har byggerier i gang i Holland og Danmark. Dertil kommer en særlig portefølje af produkter rettet mod væksthuse i gartnerier. I stenulden kan gartnerne styre tilførslen af vand og næringsstoffer mere nøjagtigt end i pottemuld.

Der er kort sagt rigeligt med egenskaber at holde styr på. Derfor valgte virksomheden at gå ind i samarbejdsprojektet LINX (Linking Industry to Neutrons and X-rays) sammen med en række andre virksomheder. DTU er en af de akademiske partnere. ”Timingen var god, fordi DTU netop stod over for at opbygge et center for imaging,” fortæller Dorthe Lybye. I første omgang blev civilingeniør Lucie Chapelle ansat som erhvervs-ph.d. i Rockwool i samarbejde med DTU, hvor hun tidligere har været en del af et forskningsprojekt om komplekse materialer.

26

IM AG I NG

RØ NTG E NTO M O G R A F I

Fibrenes retning og organisering i sten­ ulden er af­g ørende for materialets egenskaber.

Nærhed til DTU en fordel Valget af undersøgelsesmetode faldt på røntgentomografi. Metoden bygger på, at man bestråler et emne fra forskellige vinkler. Der vil være forskel på, hvordan strålingen absorberes ved forskellige vinkler. En algoritme udnytter forskellene til at opbygge et 3D-billede af emnet. Billedet kan digitalt splittes op i tværsnit, der ligger i forlængelse af hinanden. Røntgentomografi er en standardmetode i sundhedsvæsenet.

Det er noget nyere at benytte metoden i industrielle materialeundersøgelser. ”Røntgentomografi er det rigtige værktøj for os,” forklarer Lucie Chapelle. ”På den ene side har vi brug for at se på fibrene i meget stor detaljering.

Men hvis vi valgte den ultimative detaljering, som man får ved optagelser med elektronmikroskop, kunne vi ikke være sikre på, at billederne faktisk var repræsentative for vores produkt. Med andre ord skal vi både have høj opløsning og kunne undersøge relativt store prøver – gerne af nogle centimeters længde. Røntgentomografi giver os det bedst tænkelige kompromis.”

Behovet er dog ikke så stort, at virksomheden har fundet det nødvendigt

at købe imaging-udstyret selv. I stedet bliver prøverne bragt til DTU i Lyngby.

Ofte af Lucie Chapelle selv. ”Det er behageligt, at afstanden ikke er større, end man selv kan tage med.

Efterhånden får jeg jo en vis praktisk erfaring med undersøgelserne. Forskerne fra DTU er eksperter i at optage billederne og analysere dem, men jeg er ekspert i produktet. Det sker tit, at jeg lige kan foreslå en justering i indstillingerne, så man får bedre resultater,” siger Lucie Chapelle.

Ind i den digitale tidsalder Den form for ekspertviden har vist sig mere værdifuld, end man kunne vide på forhånd. ”Imaging-folkene på DTU troede jo, at de langt hen ad vejen kunne overføre de samme metoder, man bruger til vindmøllevinger. Men som sagt har vores produkter vist sig at være mere specielle end som så. Vi kan roligt sige, at projektet har været en akademisk udfordring for dem,” siger Dorthe Lybye.

En af udfordringerne er, at fibrene har forskellige længder, og at de snor sig ind og ud af de forskellige tværsnit.

DYNA MO

53

06

18

Samtidig har det stor betydning for materialeegenskaberne, hvor mange gange hver fiber hæfter til andre fibre. ”Vi har manglet et værktøj til at kunne følge fibrene præcist. I samarbejde med DTU er det nu lykkedes os at finde den rigtige metode. Faktisk har det vist sig, at inspirationen skulle findes inden for hjerneforskningen, hvor man også netop skal undersøge meget komplekse prøver. Vi forventer at få en softwarepakke klar senere i år,” siger Lucie Chapelle.

Den nye softwarepakke bliver en milepæl, tilføjer Dorthe Lybye: ”Ellers lever vores disciplin nok et lidt stille liv i virksomheden. Vi bidrager jo i høj grad til at føre Rockwool-koncernen ind i den digitale tidsalder, hvor man bringer en masse af den viden, der hidtil har været intuitiv, på numerisk form. Men det sker ret umærkeligt. Der er sjældent lejlighed til at fylde champagneglassene, sådan som man ville gøre, hvis vi havde frembragt et nyt produkt.”

Understøtter bæredygtighed Champagne eller ej, betydningen af materialeforståelse er stor. Rockwool har allerede været gennem en række omstillinger, der gør produktionen mere bæredygtig. Først og fremmest benytter man ikke længere kun sten fra stenbrud som råmateriale, men genanvender i stedet forskellige former for byggeaffald. Desuden arbejder virksomheden i retning af at kunne benytte mere vedvarende energi i produktionen. ”Hele tiden skal vi naturligvis sikre os, at enhver omstilling kan ske, uden at egenskaberne af vores produkter bliver forringet,” forklarer Dorthe Lybye.

I forbindelse med den nye softwarepakke har virksomheden ansat DTU-kandidatstuderende Patrick Møller Jensen som studentermedhjælper. Han udførte sit bachelorprojekt som en del af LINX, men med fokus på Rockwools udfordringer. ”Så med både Lucie og Patrick ansat har der været 100 pct. jobsucces for de ingeniører fra DTU, som har deltaget i projektet,” siger Dorthe Lybye. a rst en Gu n d l a c h, se n i o r fo r sk n i n gs­ C in g en iø r, c a g u @ f y si k . d t u . d k

B ILLEDDANNELS E

3 D IM AG ING C ENTER

DY N A M O

53

06

18

27

I DTU’s 3D Imaging Center kan virksomheder få hjælp til at kigge ind i materialer i både 3D og i realtid.

VILDE VISUALISERINGER TIL VIRKSOMHEDER Lotte K ru ll C h riste n se n & Co . A rkitekter

V

irksomheder kan opnå konkurrencefordele, hvis de har en dyb forståelse af materialerne i deres produkter. Både når produkterne produceres, og senere, når de anvendes. Det er, uanset om produk-

terne er medicin, fødevarer, batterier, byggematerialer eller vindmøller.

DTU’s 3D Imaging Center samler ekspertise fra fire DTU-institutter – DTU Fysik, DTU Compute, DTU Energi og DTU Mekanik. Forskerne er specialiseret i at frembringe 3D-billeder samt visualiseringer af processer i realtid baseret på imaging-teknikken CT (computed tomography). Billederne frembringes ved hjælp af data leveret fra røntgen- og neutronkilder.

Det gør det muligt at studere materia-

lernes indre strukturer uden at skulle skære i dem.

3D Imaging Center råder selv over avancerede røntgenmikroskoper, men centrets forskermiljø har også adgang til den store røntgenfacilitet i Lund, MAX IV, og senere bliver det også muligt at anvende neutronsynkrotronen ESS (European Spallation Source), der ligeledes ligger i Lund. en n in g F riis Po u l s en , p rofes s o r, DTU H F ys ik , hf p o @ f ys ik . d t u . d k

3D Imaging Center flytter i 2019 ind i en ny bygning, som er under opførelse på DTU Lyngby Campus. Bygningen får seks etager og kælder – i alt 9.280 m2 – og skal også huse DTU Energi.

28

K I G I NDE N FOR P Å DT U

Kom med på månen I kælderen under DTU Space har forskerne bygget et månelandskab, der indgår i opgaver, som udføres for f.eks. NASA og ESA. Opstillingen her bruges til at simulere et rumfartøjs landing. Et arbejde, som DTU Space udfører for ESA, og hvis resultater vil kunne bruges, hvis man vil etablere en rumlufthavn eller robotlandsby på månen. Landinger på månen og andre steder uden atmosfære er en udfordring, fordi man ikke kan bruge f.eks. faldskærme til at bremse fartøjerne. I stedet bruges en raket, men dens stråle kan skyde sten og klippestykker til alle sider, så de kan ødelægge udstyret. Landingen skal derfor foregå med ultra høj præcision.

Læg mærke til den lille legetøjsastronaut, der står på en jordvold lidt til højre for midten af billedet. Figuren bruges til at angive størrelsesforholdet.

John Leif Jørgensen, professor,

DTU Spac e, jlj@spac e.dtu.dk

M Å N E LA N D I N G

J OAC H I M RO D E

DY N A M O

53

06

18

DTU

29

30

FO RSKN I NG

NY H EDER

DY N A M O

53

06

18

PRIS TIL FORSKER I KEMISK OCEANOGRAFI

DTU

Instrumenter sendt i rummet Klimaobservatoriet ’The Atmosphere-Space Interactions Monitor’ (ASIM) blev sendt i rummet den 2. april fra Cape Canaveral i Florida. Destinationen var Den Internationale Rumstation, ISS, hvor observatoriet blev koblet på to dage senere. ASIM består af to hovedinstrumenter, som skal måle lys og røntgenstråling fra tordenvejr. Målingerne kan bl.a. bruges til at forstå klimaprocesser i atmosfæren og forbedre klimamodeller for Jorden. ASIM er et projekt under dansk ledelse, der gennemføres af Den Europæiske Rumorganisation, ESA. Bag ASIM står DTU Space, der har den videnskabelige ledelse og står for dele af instrumentudviklingen, og den danske teknologivirksomhed Terma, som er teknisk hovedansvarlig for ASIM.

Lektor Colin Stedmon har modtaget Statoil Prisen 2018 på 100.000 kr. for sin internationalt anerkendte forskning i havets kemiske sammensætning. Aktuelt er lektoren bl.a. involveret i et EU-finansieret projekt, der undersøger, hvad der sker med det organiske kulstof, der er bundet i permafrosten i Arktis, når den ellers evigt frosne jord begynder at tø som følge af stigende globale temperaturer.

Nyt forskningscenter for coatingteknologi DTU’s nye forskningscenter ved Institut for Kemiteknik, The Hempel Foundation Coatings Science and Technology Centre (CoaST), skal medvirke til udvikling af bæredygtige og effektive teknologier til overfladebeskyttelse (coatingteknologi). Centeret, som bl.a. arbejder med funktionelle coatings til at øge brandsikkerhed, mindske korrosion og erosion, er finansieret af Hempel Fonden med 175 mio. kr. Med bevillingen forventer DTU at skabe et internationalt førende forskningscenter, der kan uddanne nye generationer af kemiingeniører i verdensklasse og derved understøtte, at industrien fortsætter en udvikling mod mere bæredygtige produkter og produktionsmetoder.

”Det nye navn fortæller, hvad vi er, og hvem vi er, og det gør yderligere forklaring unødvendig.”

Coating beskytter bl.a. broer mod vind og vejr og forlænger konstruktionernes levetid.

Ch r istin a Tæ kke r, Vib e ke Lykke Stenstrop, Karin Stubgaard, Lott e K ru l l

CEO Steen Donner om DTU’s forskerparks navneskift fra Scion DTU til DTU Science Park.

DTU Sc ien c e Pa rk , Sp a c eX , M a rk u s N o rd in , Co l o u rb ox

E R HVERVS -PH.D.

PROD U KTKON FI G UR AT I O N

31

Automatisk designsystem sparer millioner For tre år siden skulle Haldor Topsøe bruge en uge til at designe tilpassede løsninger til virksomhedens kunder. Nu kan det gøres på ti minutter takket være Sara Shafiee, der i sin tid som erhvervs-ph.d. hos Haldor Topsøe implementerede produktkonfiguration i virksomheden.

Je p p e Mø lgaard Bax Lin d h ard t

H

aldor Topsøe er en af verdens førende leverandører af udstyr og katalysatorer til den kemiske industri. Virksomheden markedsfører avancerede systemer som f.eks. reaktorer, der laver råolie om til benzin eller diesel. Når Haldor Topsøe får en bestilling på en sådan løsning, følger der ofte en lang liste af krav med til, hvad udstyret skal kunne, hvordan det skal se ud, og hvad det må koste.

Tidligere måtte mange ingeniører arbejde i uger ad gangen på at designe

et tilbud, der passede til disse ønsker.

Men takket være postdoc Sara Shafiee skal kundens krav nu blot indtastes i et computerprogram, og så er designet klar på ti minutter. Løsningen er såkaldte produktkonfiguratorer – og hvordan de virker, vender vi tilbage til.

Meget viden er svær at oversætte Hvis man sidder med seks rektangulære legoklodser, som hver er to knopper bredde og fire lange, kan man samle dem på næsten en milliard forskellige måder. Det kan lade sig gøre, fordi legoklodser er bygget til

Sara Shafiee høstede priser for sit arbejde hos Haldor Topsøe.

at passe sammen – de er standard­ moduler.

Mange forbrugere betragter i dag markedet som en samling legoklodser.

De ønsker varer, som er lavet præcis til deres ønsker og smag. Derfor bygger flere virksomheder også deres produkter op af standardmoduler, så virksomheden hurtigt kan sammensætte tilpassede produkter efter forbrugernes individuelle ønsker.

For at det kan lade sig gøre, skal alle produktets elementer som f.eks. jernplader og møtrikker kodes ind i en software, en produktkonfigurator.

Sara Shafiee – CV 2017- Postdoc, DTU Mekanik Seniorforretningskonsulent, Haldor Topsøe A/S (arbejdsområde: projektleder for implementering af produktkonfiguratorer) 2014-2017 Erhvervs-ph.d ved DTU og Haldor Topsøe A/S (hovedfag i management engineering og management science) It-projektleder, Haldor Topsøe A/S 2011-2013 Kandidatgrad, Isfahan University of Technology, Iran (hovedfag i textile engineering) 2006-2010 Bachelor, Isfahan University of Technology, Iran, (hovedfag i textile engineering)

32

P RO DUKT KO NFI GURAT I O N

ER H VERVS - P H .D.

MADE

Den holder styr på komponenterne og på, hvordan de passer sammen. Et eksempel på en produktkonfigurator findes f.eks. på Nikes hjemmeside, hvor kunden kan designe sine egne kondisko ved at kombinere dele fra forskellige modeller.

Det er forholdsvis simpelt at fremstille en produktkonfigurator, der sammensætter kondisko. Det er straks sværere at lave en, der sammensætter kompliceret teknisk udstyr. Ikke desto mindre er det netop, hvad postdoc ved DTU Mekanik Sara Shafiee gør hos Haldor Topsøe. ”Når jeg skal genskabe bare ét ud af de hundrede moduler, en reaktor består af, i en produktkonfigurator, skal jeg indhente data om mål, materiale, egenskaber og pris fra mange forskellige afdelinger. Så det er mange informationer at holde styr på,” siger hun.

Når produktets moduler er lagt ind i produktkonfiguratoren, går designarbejdet til gengæld lettere. Konfiguratoren kan nemlig automatisk regne ud, hvordan man kan kombinere de forskellige dele med hinanden til lige præcis den løsning, som kunden efterspørger. ”Softwaren laver udkastet til en kundespecifik løsning meget hurtigt, og det sparer os nok 80 pct. af arbejdsindsatsen,” siger vice president i Haldor Topsøe Kim Saaby Hedegaard.

Haldor Topsøe har nu lagt sin produktionsstrategi om. I stedet for at designe en løsning til hver kunde lader virksomheden i stedet en software designe den løsning, som man kan tilbyde til kunden.

Vi sparer intelligent arbejdskraft Hidtil har en af de største hindringer for, at komplekse ingeniørvirksomheder kan bruge produktkonfiguratorer, været, at man skal samle meget forskelligartet og kompliceret viden ét sted og transformere det til data.

Haldor Topsøe har f.eks. mange medarbejdere, der er domæneeksperter.

Eksperterne har viden på forskellige områder, som er vigtige for, at det endelige produkt fungerer. Man kan

f.eks. ikke fremstille en reaktor uden at inddrage både elektroingeniører, kemispecialister og salgsmedarbejdere. ”Hvis en elektroingeniør piller en møtrik i en reaktor ud, skal vedkommende være sikker på, at det ikke påvirker den del af apparatet, som kemispecialisterne står for. Derfor var et tidskrævende samarbejde tidligere nødvendigt,” siger Sara Shafiee.

Før produktkonfiguratorerne kom til, skulle alle domæneeksperter i samarbejde udforme de kundespecifikke tilbud. Nu er al viden om hvert enkelt modul derimod kodet ind i en intelligent algoritme, som kan udføre samarbejdet for eksperterne. Dette skaber dog en ny udfordring: ”Når informationer fra så mange afdelinger bliver samlet i en fælles software, er resultatet næsten umuligt at læse for andre end it-specialister.

Sælgerne kan f.eks. ikke altid forklare kunden, hvorfor kundens bestilling er sat sammen, som den er,” siger Sara Shafiee.

Dette kommunikationsproblem har Sara Shafiee løst. I forbindelse med udarbejdelsen af en erhvervs-ph.d. på Haldor Topsøe har hun opfundet et it-værktøj – et såkaldt dokumentationssystem, som oversætter produktkonfiguratorens ekstremt komplicerede sprog til et visuelt indhold, der er nemt at forstå. Dette arbejde var medvirkende til, at Sara Shafiee i 2017 modtog Alexander Foss MADE Award og Innovationsfondens erhversforskerpris for 2018.

Manufacturing Academy of Denmark (MADE) blev grundlagt i 2014 for at skabe et samarbejde mellem universiteter, GTS-institutter og produktionsvirksomheder.

Samarbejdet er et flerårigt forskningsforløb, som skal sikre udvikling og innovation i danske produktionsvirksomheder.

Arbejdet er finansieret af Innovationsfonden, virksomhederne, universiteterne og GTS-institutterne samt private fonde og foreninger.

Sara Shafiees ph.d.-afhandling er udarbejdet under MADE-projektet med professor Lars Hvam, DTU Management Engineering og professor Niels Henrik Mortensen, DTU Mekanik som vejledere.

”Vi har bevist, at vi kan spare mange ressourcer uden at gå på kompromis med kvaliteten, fordi vi har målrettet den ekstra arbejdskraft mod områder, hvor den gør mere gavn.”

K I M S A A BYE H E D E G A A R D , V I C E P RE S I D E NT, H AL D O R TO P S Ø E

En langsigtet besparelse Sara Shafiee blev efterfølgende ansat som postdoc i MADE-projektet, hvor hun arbejder med at implementere produktkonfiguratorer i Haldor Topsøes produktion. Oprindelig mødtes hun dog af skepsis fra sine nye kolleger, fordi hun arbejdede på at lave virksomhedens grundstruktur om: ”Der har været en reel bekymring for, om teknologien fungerede, og om det kunne betale sig – især fordi der ikke var nogen kortsigtet gevinst på projektet. Men nu kan vi se, at vi sparer rigtig mange penge og ressourcer,” siger Kim Saaby Hedegaard.

Tallene er ikke til at tage fejl af.

Haldor Topsøes egen cost-benefit-analyse viser, at implementeringen af en produktkonfigurator til en given løsning koster ca. 300.000 kr. det første år. Men efter fem år har virksomheden sparet 1,3 mio. kr. pr. projekt. ”Vi har bevist, at vi kan spare mange ressourcer uden at gå på kompromis med kvaliteten, fordi vi har målrettet den ekstra arbejdskraft mod områder, hvor den gør mere gavn. Eksempelvis bruger vi nu flere ressourcer på at samarbejde med kunden om at finjustere tilbuddet, så de får præcis den løsning, de ønsker,” siger Kim Saabye Hedegaard.

Det øgede fokus på kundepleje er en god beslutning for virksomhedens fremtidige konkurrenceevne, mener professor Lars Hvam, DTU Management Engineering. Han har været ph.d.-vejleder for Sara Shafiee. ”I Asien satser man på masseproduktion af ensartede produkter, og det er næsten umuligt for skandinaviske virksomheder at konkurrere med. Men i denne tid oplever vi også højere efterspørgsel på unikke, kundetilpassede produkter. Det er derfor klogt, når danske virksomheder satser på systemer, som kan lave disse løsninger bedre og mere effektivt,” siger Lars Hvam. a rs H va m, p rofes so r, L DTU M a n a g ement , la h v @ d t u . d k

INNOVATI ON

NYHE D E R

DY N A M O

53

06

18

33

DTU

FRA MÆLKESUKKER TIL ALKOHOL Forskere fra DTU Fødevareinstituttet har udviklet en patenteret teknologi, der ved hjælp af mælkesyrebakterier effektivt omdanner mælkesukker (laktose) i ostevallen til ætanol. Ætanol er den alkohol, der indgår i spiritus.

Valle er et spildprodukt i mejeriers osteproduktion, og den bliver ofte solgt til dyrefoder eller ender som affald. Forskerne har stiftet virksomheden Alcowhey, der i samarbejde med mindre mejerier kan bruge teknologien til at skabe mere værdi af vallen. Mejerierne kan derefter sælge ætanolet til destillerier, som kan bruge den i produktionen af spiritus. Investerings- og udviklingsselskabet Capnova har i første omgang givet Alcowhey startup-kapital i form af et lån på 0,5 mio. kr. med henblik på en senere investering på tre mio. kr.

50

Tysk kemigigant investerer i startup Den tyske kemikalievirksomhed Evonik har investeret et millionbeløb i startuppen HPNow. Startuppen er baseret på en generator, der kun ved brug af vand, elektricitet og luft kan producere brintoverilte på samme sted, som den skal anvendes. Denne lokale brintoverilteproduktion kan landmænd og drivhusejere få glæde af, da de dermed slipper for at håndtere og opbevare farlige kemikalier som f.eks. klorin til rensning eller desinfektion af vand. Idéen til generatoren fik Rasmus Frydendal og Arnau Casadevall, da de begge var ph.d.-studerende ved DTU Fysik, og i 2015 stiftede de to forskere HPNow. ”Vores teknologi øger sikkerheden for landbrugsmedarbejderne og forbedrer plante- og dyresundheden, da affaldsprodukterne kun er vand og luft. For forbrugeren kan det betyde, at grøntsager, frugt og kød indeholder færre kemikalier og bliver billigere at producere,” siger Rasmus Frydendal.

Størrelsen af Evoniks investering er ikke offentliggjort, men den tyske virksomhed har nu en ejerandel på en tredjedel af HPNow.

H e n rik Larse n, Lars Hjortshøj, Miriam Meister, Lotte Krull

Co l o u rb ox , A l l over p res s

patentansøgninger blev i 2017 sendt fra DTU til den europæiske patentmyndighed.

Det placerer DTU som den femte mest patentsøgende organisation i Danmark.

De øvrige patentansøgere på den danske topti er alle private virksomheder.

KILDE: EUROPEAN PATENT OFFICE

34

L A SE RKI L DE R

TEK N O LO G I UDV I KL I N G

DYNA MO

53

06

18

Mikroskopisk laser vĂŚkker opsigt

Forskergruppen havde ikke forudset, at laseren ville vĂŚre selvpulserende. Denne overraskende egenskab kunne de dog finde en forklaring pĂĽ, da de gik teorien og de matematiske modeller igennem.

DTU

35

Lot t e K ru l l M ika l Sc h l o s s er

En ny laser, der ikke er synlig for det blotte øje, overrasker med uforudsete egen­ skaber. The Optical Society of America har udnævnt opfindelsen til at være blandt de mest spændende i 2017.

E

n laser så lille, at den ikke er synlig for det blotte øje, har overrumplet forskerverdenen. Både lokalt på DTU Fotonik, hvor den er udviklet, og internationalt, hvor laseren er blevet udvalgt af The Optical Society of America som en af de mest spændende opfindelser i 2017.

Laseren er ikke større end en mikrometer, hvilket svarer til en tusindedel af en millimeter. Den er så lille, at den ikke engang er synlig i et almindeligt mikroskop. Man skal have hjælp fra et avanceret elektronmikroskop, hvis man skal gøre sig håb om at se strukturerne i laseren.

Alligevel virker den. Og ikke nok med

det – den er også selvpulserende. Det er første gang nogensinde, at man kan demonstrere en selvpulserende laser i nanoskala.

Laser med uforudsete egenskaber Når noget er selvpulserende i laserverdenen, betyder det, at laseren af egen drift vælger at udsende sit lys som pulser. Man kan sige, at den nærmest står og blinker af sig selv. Normalt udsender lasere deres lys som en jævn lysstråle, og skulle man ønske, at den pulserer, er det noget med at tænde og slukke vildt hurtigt for laseren.

Nanolaserens selvpulsering var en effekt, som forskergruppen ved DTU Fotonik slet ikke havde forudset.

36

LASE RKI LD E R

TEK N O LO G I UDV I KL I N G

Fotonikforskerne bryder med alle konventionerne om, hvordan en laser skal opbygges.

”Vi havde beskrevet den teoretiske fysik bag laseren allerede i 2014 og fik det publiceret i Physical Review Letters.

Men det var først, da vi havde konstrueret selve laseren i 2016 og begyndte at måle på den, at vi opdagede, at den er selvpulserende,” siger professor Jesper Mørk, leder af forskergruppen for Quantum and Laser Photonics ved DTU Fotonik.

Da forskergruppen satte sig til skrivebordene igen efter at have opdaget selvpulseringen, kunne de ved hjælp

af deres teoretiske modeller og udregninger godt forklare, hvorfor selvpulseringen opstår. ”Når vi arbejder eksperimentelt helt nede i nanoskala, opstår der ofte nogle nye og hidtil uopdagede effekter. Det er helt ny fysik, fordi vi undersøger ting i en skala, hvor ingen endnu er helt klar over, hvad der foregår. Vi er ude i teknologisk grundforskning her,” siger Jesper Mørk om den nyeste udvikling af forskningen, som blev publiceret i Nature Photonics i 2017.

Selvpulsering er spændende, fordi den kan ’oversættes’ til ettaller og nuller: En puls kan repræsentere ettallet, mens en manglende puls er nullet. Ettere og nuller er som bekendt fundamentet for al elektronisk kommunikation og dermed også alt det, der foregår på computeren, i mobiltelefonen og på internettet. I dag indgår lasere allerede i disse teknologier. De er større end DTU Fotoniks nye laser; de kan være ned til 300 mikrometer – altså 300 gange større end den, Jesper Mørks gruppe har bakset med. Laserens vigtigste rolle er at omforme vores kommunikation fra elektronernes ettere og nuller til lysets ditto. Ved at omforme strøm (elektronerne) til lys kan forskerne sætte hastigheden op på, hvor hurtigt data kan overføres f.eks. mellem computere. Det er hastigheden, der afgør, om man kan gå hjem i aften og se ’Black Mirror’ på Netflix uden afbrydelser.

Flere overraskelser Nok om selvpulsering. For Jesper Mørks forskergruppe har flere overraskelser i ærmet: Den mikroskopiske

”Vi har brugt de samme matematiske modeller, som forklarer selvpulseringen, til at beregne hastigheden for vores laser. Hvis vi har forstået det rigtigt, mener vi, at vi har en laser, der kan blive op til 100 gange hurtigere end de lasere, vi har i dag. Men vi har ikke demonstreret det endnu.”

JESPER MØRK, PROFESSOR, DTU FOTONIK

DYNA MO

53

06

18

laser har potentiale til at være 100 gange hurtigere end de lasere, vi har i dag. Rent teoretisk i hvert fald. ”Vi har brugt de samme matematiske modeller, som forklarer selvpulseringen, til at beregne hastigheden for vores laser. Hvis vi har forstået det rigtigt, mener vi, at vi har en laser, der kan blive op til 100 gange hurtigere end de lasere, vi har i dag. Men vi har ikke demonstreret det endnu,” siger Jesper Mørk.

Høj hastighed på internettet kan vi jo lide, og lige siden vi fik nettet, har teknologiudviklingen handlet om at få sat hastigheden op.

Laser bryder med konventioner Nok om hastighed. For Jesper Mørk vil gerne dele endnu en overraskelse om sin nanolaser: Den bryder nemlig med alle konventioner om, hvordan lasere skal opbygges. Normalt består lasere af to spejle. Imellem spejlene indsætter man et materiale, der udsender lys, når det bliver tilført strøm. Lyset bliver reflekteret frem og tilbage mellem de to spejle, og derved opstår laserlyset, som vi kender som en meget kraftig lysstråle med kun én farve. Jesper Mørks forskergruppe har dog droppet det ene spejl. I stedet bruger de et fysisk princip – fano­ resonans – som kan gøre det ud for det manglende spejl. Princippet dækker over en særlig form for resonans, der blev beskrevet for første gang i 1961 af den italienske fysiker Ugo Fano, som altså lagde navn til fænomenet. For at forstå detaljerne i fanoresonans, så skal man have læst og forstået pænt mere fysik end det, man almindeligvis har lært i gymnasiet.

Men fænomenet er velkendt blandt fysikere og bliver anvendt i flere sammenhænge, fortæller Jesper Mørk.

Udnyttelsen af fanoresonans i Mørks nanolaser har også smittet af på navngivningen af den. Derfor er denne nye type nanolaser kendt som fanolaseren i de kredse, hvor man følger med i laserfysik og avanceret teknologiudvikling inden for optisk kommunikation.

500 nm

Fanolaseren Fanolaseren måler nogle få mikrometer i længden og er derfor ikke synlig for det blotte øje. Til sammenligning har et hår en tykkelse på ca. 50-100 mikrometer.

1. Laseren består af en fotonisk krystal.

3. I krystallen har man vha. elektronstråler boret en masse huller. Hullerne forhindrer lyset i at udbrede sig. Det bliver i stedet tvunget til at følge den ’glatte’ bane i krystallet.

DTU

Fanolaseren set fra siden.

Det aktive medie i fano­laseren ligger i det midterste lag. Det er kvantepunkter, som er små, kunstige atomer lavet af et andet materiale end det omgivende.

Kvantepunkterne er med til at omforme elektroner til fotoner, hvilket er hele laserens mission.

37

Endnu hurtigere internet Jesper Mørk og kollegerne er de første, der er kommet på den idé at bruge fanoresonans i en laser. Og det er en god idé, fordi: ”Vi kan ændre på laserens intensitet meget hurtigere, end vi i dag kan med de konventionelle lasere. Hvis vi i fremtiden ønsker endnu højere internethastigheder, er det afgørende, at laseren, der omformer det elektriske signal til lys, kan gøre det langt hurtigere end det, konventionelle lasere er i stand til i dag,” siger Jesper Mørk.

De hurtigste lasere kan i dag sende 40 gigabit pr. sekund. Jesper Mørk spår, at fremtidens informationssamfund får brug for at kunne sende 1.000 gigabit pr. sekund (det samme som en terabit pr. sekund). ”Med fanolaseren kan vi hæve os over de fysiske begrænsninger, som i de konventionelle lasere sætter et loft over hastigheden. Vi har ikke demonstreret fanolaserens høje hastighed endnu. Vi arbejder stadig på at forstå den fulde fysik samt at udvikle den nødvendige nanoteknologi til at forfine udformningen af de her mikroskopiske lasere,” siger Jesper Mørk.

J es p er M ø rk , p rofe sso r, DT U Foto n i k , jes m@ foto n ik. d t u . d k

2. Laserens eneste spejl er placeret i den venstre ende af krystallen.

4. Det gør lyset, indtil det møder nanokaviteten. Nanokaviteten består i al sin enkelhed af en lille afvigelse i hulmønsteret; et enkelt hul kan have en anden størrelse, eller placeringen af hullet kan afvige en smule i forhold til de andre.

5. Lyset bliver fanget i nanokaviteten. Herfra bliver det reflekteret tilbage. Nanokaviteten opfører sig derved som et spejl. Da lysets opførsel baserer sig på principperne i fanoresonans, kaldes dette område i laseren også for et fanospejl.

6. Noget af det ophobede lys slipper dog ud af nanokaviteten.

Det slipper ud i regelmæssige pulser med en stabil styrke.

7. Ved hjælp af elektroder omkring nanokaviteten kan man ændre den bølge­længde (farve), hvor lys reflekteres fra fanospejlet. Derved kan man ændre det lyssignal, som laseren udsender, og det kan bruges til at overføre et elektrisk signal til et lyssignal, som kan sendes ud på internettet og hen til modtageren.

38

Lotte K ru ll Mikal S chlosser

DY N AM O S P Ø RG E R …

… O M TA RMBA KTE RI E R

Udforskningen af tarmbakterier er eksploderet de seneste ti år. Forskerne undersøger, hvilken rolle bakterierne spiller i vores sundhed, herunder hvordan de påvirker vores vægt. Professor Tine Rask Licht fra DTU Fødevareinstituttet har været med i forskningen fra starten.

Er tarmbakterier skyld i OVERVÆGT? q: Kan bakterier have indflydelse på vores vægt? a: J a, det tyder den nyeste

forskning på. Vi ved, at der er forskel på, hvor gode bakterierne er til at trække næring ud af kosten. Det har vi vist gennem forsøg på DTU Fødevareinstituttet, og der er andre studier, der har vist det samme. I vores forsøg kunne vi bekræfte, at tarmbakteriesamfund fra overvægtige var bedre til at omsætte kostfibre end bakteriesamfund fra normalvægtige. Det vil sige, at bakterierne kan have direkte indflydelse på vores evne til at udvinde energi fra maden. Det er dog vigtigt at forstå, at bakterierne kun bidrager med en mindre del (måske 5-10 pct.) af vores

energiomsætning. De kan derfor ikke være den eneste grund til overvægt. q: Har overvægtige mennesker specielle tarmbakterier? a: N ej, ikke nødvendigvis. Men

bakteriesamfundet i deres tarme – som også kaldes for tarmens mikrobiota – kan have en anden sammensætning af bakteriearter, hvor nogle arter er mere dominerende. Det er vigtigt at understrege, at det ikke er ensbetydende med, at bakterierne er årsagen til, at de er blevet overvægtige. Tarmens mikrobiota er et resultat af den kost, vi spiser. Måske skyldes den særlige sammensætning af tarmens mikrobiota hos overvægtige især, at de har andre kostvaner

– kostvaner, som har gjort dem overvægtige og samtidig har medvirket til vækst af bestemte bakteriearter. q: Kan overvægtige tabe sig ved at ændre mikrobiotaen? a: M ig bekendt er der ingen

videnskabeligt underbyggede eksempler på, at man kan ændre på overvægtiges tarmbakterier, så de taber sig.

Ikke medmindre de ændrer deres kost, men det er jo ikke nyt, at kostændringer kan føre til vægttab. Det viser sig, at tarmens mikrobiota er utrolig stabil gennem hele vores liv. Den er færdigdannet i fireårsalderen. Hvert individ har ca. 160 bakteriearter i tarmen ud af de 5-600 forskellige arter, som vi ved forekommer i human

afføring. Hvis du laver drastiske ændringer i din kost, kan du ændre en smule på mikrobiotaen i din tarm.

Men dine prøver fra før og efter kostændringen vil stadig ligne hinanden mere, end hvis du sammenligner din prøve med en anden persons. Tarmens mikrobiota er omtrent lige så individuel som et fingeraftryk. q: Hvordan kan bakterierne regulere appetitten? a: T armen er nært koblet

til både immunsystemet, hormonsystemet og nervesystemet. Bakterierne kan bl.a. kommunikere med disse systemer gennem stoffer, de udskiller, som interagerer med receptorer i tarmvæggen. Det kan starte bestemte reaktioner i

T IN E RASK LICH T, PROFE SSOR , DTU FØD E VAR E INSTITU TTE T

DY N A M O

53

06

18

39

DTU

Professor Tine Rask Licht fra DTU Fødevareinstituttet forudser, at vi en dag kan bruge målinger af tarmens bakteriesammensætning til diagnostik.

Forskningen på DTU • Professor Tine Rask Licht er leder af Forskningsgruppen for Bakterier, Sundhed og Allergi på DTU Fødevare­instituttet.

• Gruppens forskning i tarmens mikrobiota omfatter studier af effekter af kost og kostkomponenter på tarmens bakteriepopu lation og heraf afledte effekter på immunsystem og metabolisme.

immun- og hormonsystemet.

Bakteriernes produkter, metabolitter, kan også blive optaget gennem tarmvæggen og videre ud i blodbanen. Metabolitterne kan på den måde fungere som signalstoffer, der påvirker receptorer i andre organer som f.eks. hjernen eller leveren. Bakteriernes overfladestruktur kan også genkendes af receptorer på indersiden af tarmen og på den måde starte en respons i kroppen. q: Hvad er de største udfordringer i jeres forskning? a: D et er et meget nyt forsk-

ningsområde, som er blomstret op som følge af helt nye metoder inden for gensekventeringsteknologien. Vi har kun taget de første, meget spæde skridt

til at afdække, hvilken rolle tarmens mikrobiota spiller for vores sundhed. Tarmbakteriernes interaktion med kroppens systemer er utrolig kompleks, og bakterierne indgår i masser af mekanismer, som vi slet ikke har forstået endnu. Der er meget fokus på tarmbakterier, og det kan være svært at formidle til offentligheden, at selvom tarmbakterier sommetider kan være en del af problemet, er de nok sjældent hele forklaringen. Jeg har set en madblogger skrive, at vi bare kunne spise flødeskumskager, fordi overvægt skyldes tarmbakterier. Men hvis man gerne vil tabe sig, er det nok en dårlig idé med flødeskumskager, uanset hvordan ens tarmbakterier er skruet sammen.

q: Hvor er vi om ti år? a: J eg tror, at vi muligvis kan bruge

målinger af tarmens mikrobiota som et diagnostisk redskab til at fange sygdomme tidligere end ellers. Måske er vi også blevet i stand til at give mere individuelle råd om både kost og medicin, som er optimeret i forhold til den enkeltes mikrobiota. F.eks. vil vi måske kunne sige, hvem der kan få glæde af hvilken probiotika (bakterier i pilleform), og vi vil kunne udvikle bedre strategier for forebyggelse og behandling, som er baseret på ændringer i tarmens bakteriesamfund. Jeg tvivler på, at vi kan kurere depression eller overvægt ved at ændre på tarmens mikrobiota. in e R a s k L ic ht , p rofes s o r, T DTU Fø d eva rein st it u t t et , t rl i@ fo o d . d t u . d k

• Gruppen indgår desuden i en række større samarbejder inden for mikrobiomforskning. Her bidrager gruppen med sekventeringsbaserede analyser af tarmens bakteriesamfund, dyrkningsafhængige forsøg, forsøg med design af tarmmikrobiota i oprindeligt kimfri dyr og forsøg rettet mod forståelse af bakteriernes fysiologiske tilstand og dennes betydning i de komplekse bakterielle samfund.

• Tine Rask Licht indgår også i et nyt forskningsprojekt sammen med Anja Boisen, professor ved DTU Nanotech og leder af grundforskningscentret IDUN, der skal undersøge, om man kan forbedre sundheden gennem små kapsler med bakterier til tarmsystemet. Projektet er finansieret af Novo Nordisk Fonden. fo o d . dt u . d k id u n . dt u . d k

40

U DDA NN E LSE

NYH EDE R

DY N A M O

ROBOTTER SOM HJÆLPELÆRERE

Lektor Martin Mose Bentzen, DTU Management Engineering, er ’far’ til en af DTU’s nye hjælpelærere. Det er lektoren t.h.

NR.13

18

DTU

En is med nordiske alger, tang og bær blev vinder af den danske udgave af Ecotropheliakonkurrencen for innovative og bæredygtige fødevarer.

Isen blev skabt af to kandidatstuderende på Fødevareteknologiuddannelsen, Julie Storm Høgsbro og Johanne Parelius, der kunne rejse videre til den internationale Ecotrophelia-konkurrence i London, hvor deres is dog blev overhalet af en avocado­ smoothie, en blomkålssushi og en valledrik med bærsmag.

Det er DTU’s placering på Times Higher Educations ranking over verdens mest internationale universiteter.

Rankingen vægter universiteternes andel af internationale studerende og medarbejdere samt forskningssamarbejde på tværs af landegrænser.

DTU udbyder nu en ny efteruddannelse, Operations og Supply Chain Management. Målgruppen for uddannelsen er medarbejdere og ledere, der arbejder med indkøb, planlægning, logistik, produktion, kvalitet, distribution eller service. Industrivirksomheder ansætter ofte medarbejdere med industri-specifikke uddannelser som f.eks. bygningsingeniører og farmaceuter. Mange medarbejdere med denne baggrund får imidlertid senere i karrieren nye stillinger i operations- og supply chain-funktioner, f.eks. inden for logistik, kvalitetsstyring, planlægning og ledelse. Med uddannelsen, der er en teknisk diplomuddannelse på bachelorniveau, får deltagerne indsigt, teori og metoder til at lede operations- og supply chain-funktioner, analysere og løse komplekse problemstillinger, og implementere løsninger i organisationen, lokalt eller globalt.

Det praktiske: deltagere bruger én aften per uge fra ca. 17-20 hvert efterår og forår i godt to år. Første hold starter i august 2018. w w w .cv.d ip lo m .d tu.dk

J es p e r S p an gsm ark, Marianne Vang Ryde, Lotte Krull

06

IS MED ALGER OG TANG

To humanoide robotter af mærket Pepper 1.8a er ankommet til DTU, hvor de bl.a. skal hjælpe DTU-studerende. ”De kan indgå i undervisningen både som hjælpelærere og som programmerbar hardware, bl.a. på uddannelsesretningen Kunstig Intelligens og Data,” forklarer lektor Thomas Bolander, der har ansvaret for den ene af robotterne på DTU Compute.

Robotterne fra den japanske producent SoftBank Robotics er designet til at kommunikere med mennesker, og de kan genkende ansigter og ’læse’ følelser ved at analysere ansigtsudtryk og toneleje.

Lær at optimere virksomhedens værdikæder

53

Bax Lind h a rd t , M ika l Sc h l o s s er

”Det vil være ærgerligt, hvis 50-året for studenteroprøret også blev året, hvor vi afskaffede de ansattes og studerendes direkte indflydelse.”

Kommentar på Altinget.dk fra Anders Bjarklev, DTU-rektor og formand for Danske Universiteter, til forslag fra regeringens udvalg til forbedring af universitetsuddannelser om, at studienævn skal overgå til kun at være rådgivende.

STUDENTER INNOVATIO N

ØJ E NSTYR IN G

41

Åbn døren og tænd lyset

med øjnene Studerende høster priser for udvikling af ny teknologi baseret på øjenstyring via mobiltelefon.

Pet er Aa g a a rd Brixen M ika l Sc h l o s s er, Sif Vest erl ø k ke

E

t par bevægelser med øjnene foran mobiltelefonen er nok til at åbne døre og slukke lamper. To bachelorstuderende har udviklet en ny teknologi, Enable, som via øjenstyring i smartphones giver personer med fysiske handicap mulighed for at tænde maskiner, skrue op for varmen eller slukke lys i hjemmet. Øjenstyringen kan aktivere funktioner i apps, som er udviklet til såkaldt smart home-teknologi. ”Vi har udviklet øjenstyringen til personer med motorisk handicap, fordi

denne gruppe får særlig store fordele og økonomiske besparelser ved at bruge teknologien. Hvor fysisk handicappede i dag får indrettet deres hjem med individuelle løsninger, alt efter om de kan bruge arme eller ben, så vil øjenstyring via mobiltelefon være en løsning, der kan bruges af stort set alle, uanset hvilket handicap de har,” siger Elias Lundgaard Pedersen, der studerer på retningen Design og Innovation. Øjenstyring bruges allerede i dag på computere på hospitalerne til børn med cerebral parese, dvs. lammelse efter en hjerneskade, eller til voksne

42

ST UDE NTE RI N N OVAT I O N

Ø J EN S T Y R I N G

det en billig teknologi. Alle kan købe en mobiltelefon med denne teknologi i en butik – også i USA, hvor det kan være svært for personer med handicap at få bevilget hjælpemidler, hvis de ikke har en sundhedsforsikring,” siger Elias Lundgaard Pedersen.

med nervesygdommen ALS og neurologiske lidelser, hvor patienten ikke kan tale eller bruge tastatur og mus.

Via øjenstyring kan patienterne skrive mails, gå på nettet og kommunikere med omgivelserne med skrift, som læses op med syntetisk tale. Teknologien kan også bruges til at styre teknologi i hjemmet, men det kræver, at ekstraudstyr bliver forbundet til computeren.

Når teknologien først nu bliver overført til mobiltelefoner, skyldes det ifølge Elias Lundgaard Pedersen, at mobiltelefoner hidtil ikke i særlig høj grad har været brugt som bindeled til andre teknologier. Så koblingen mellem øjenstyring, apps på mobilte-

Ved hjælp af øjenstyring kan fysisk handicappede bruge mobiltelefonen til at skrue op for varmen eller slukke lyset.

”I stedet for at få en computerskærm installeret på kørestolen kan personer med fysiske handicap få det hele samlet i mobiltelefonen.”

ELIAS LUNDGAARD PEDERSEN, DTU-STUDERENDE

Stort marked for øjenstyring I 2016 blev der leveret 80 mio. smart home-enheder på verdensplan, hvilket er en stigning på 64 pct. sammenlignet med 2015. Senest har Ikea f.eks. lanceret en smart pære, ’Trådfri’. Som konsekvens af det stigende antal smart home-enheder på markedet vil priserne falde, og tilgængeligheden for køb forbedres.

Enables øjenstyring gør smart home-teknologien tilgængelig for mennesker med mange forskellige typer og grader af funktionsnedsættelse. Interesseorganisationer på handicapområdet anslår, at 360.000 skandinaver, heraf omkring 90.000 danskere, har et bevægelseshandicap.

S e f ilm o m p ro je ktet he r: kortlink.dk/th72

lefonen og smart home-teknologien åbner en helt ny brugerflade. ”I stedet for at få en computerskærm installeret på kørestolen kan personer med fysiske handicap få det hele samlet i mobiltelefonen. Og så er

En bevilling og to priser Teknologien bag øjenstyring via mobiltelefonen er beskrevet i den bacheloropgave, som Elias Lundgaard Pedersen i 2017 skrev i samarbejde med Frederik Østergaard Neble, som også er bachelorstuderende på Design og Innovation. Siden har de to modtaget en bevilling fra Bevica Fonden og to priser for deres projekt.

I dag er de begge projektansat i firmaet Social Digital på det ydre Nørrebro i København, de har fået tilknyttet en forretningsudvikler og skriver nu på de koder, der skal til for at flytte øjenstyringen fra en mikroprocessor til en mobiltelefon.

Teknologien er allerede testet af brugere på bostedet Geelsgårdskolen i form af en mikroprocessor tilsluttet en computer. De kommende måneder skal de studerende skrive en forretningsplan, søge patent på deres opfindelse og finde en investor.

DYN AMO

53

06

18

DT U

TO SLAGS ØJENSTYRING Traditionel øjenstyring Anvender såkaldt blikpunktsstyring, der virker ved at sammenligne pupillens placering i øjet med kendte punkter på skærmen. Ved første brug skal man kalibrere systemet ved at kigge på bestemte punkter på skærmen. Derudover stiller blikpunktsstyring høje krav til præcis pupilgenkendelse. Teknologien involverer ofte brug af stereoskopiske kameraer, infrarøde lamper og omfattende billedgenkendelse, som stiller store krav til processorerne.

Gestusbaseret øjenstyring Bruger øjnenes bevægelser til at styre systemet. En øjengestus kan sammenlignes med at swipe til venstre med fingeren på telefonen for at åbne kameraet, men i stedet udføres den samme bevægelse med blikket. Et eksempel er først at kigge til højre, derefter til venstre og til højre igen, hvorefter en handling som f.eks. ’tænd lyset’ bliver udført. Når man bruger gestusbaseret øjenstyring, reduceres de tekniske krav til præcis pupilgenkendelse i systemet, og både hardware og software kan gøres mindre kompliceret og omkostningstungt.

DTU-studerende Elias Lundgaard Pedersen (tv.) og Frederik Østergaard Neble (th.) har testet deres øjenstyringsteknologi på bostedet Geelsgårdsskolen.

Brugbart i andre brancher Udviklingen af teknologien til andre forretningsområder kræver, at de studerende har økonomi til at ansætte mere erfarne programmører og udviklere.

Elias Lundgaard Pedersen og Frederik Østergaard Neble ser gode muligheder for at videreudvikle Enable til løsninger målrettet andre brancher, f.eks. medicinalindustrien, hvor øjenstyring af udstyr kan være en løsning i laboratorier, hvor personalet ikke må røre ved overflader.

På længere sigt er forventningen, at øjenstyring vil blive udbredt som en navigationsmetode på mobiltelefoner, på samme måde som forbrugerne i dag scroller og swiper sig vej igennem programmer.

FÅ DYNAMO TIL DØREN – HELT GRATIS

Hvis du ikke allerede er abonnent på Dynamo, eller hvis du kender nogen, der kunne tænke sig at få magasinet tilsendt, så husk, at det er ganske gratis.

Send en mail med navn og arbejdseller privatadresse til dynamo@dtu.dk.

Så lander magasinet i din postkasse eller på dit skrivebord fire gange om året.

Skriv til dynamo@dtu.dk – og få Dynamo tilsendt.

ZOOM

U L R I K J A NTZEN

Fritflydende sensor En lille kugleformet sensor måler temperatur, tryk og flow overalt i procesvirksomhedernes store tanke, hvor traditionelle, fastmonterede sensorer kun måler ét sted.

Læs hele historien side 4.

DY N A M O 5 3 0 6 1 8