De Beer werkt op het snijvlak van natuurkunde en scheikunde en is gespecialiseerd in polymeercoatings. Ze onderzoekt hoe deze coatings gebruikt kunnen worden in geursensoren. Binnen een groot consortium met andere onderwijsinstellingen, bedrijven, dierenartsen en boeren ontwikkelt ze een elektronische neus die boeren helpt om aandoeningen bij dieren snel te signaleren.
Sensor vervangt dierenarts
Dierenziektes vormen een uitdaging voor boeren. “Als dierenartsen een stal binnenkomen, ruiken zij vaak meteen dat de dieren ziek zijn", vertelt De Beer. “Terwijl boeren, die de hele dag tussen de dieren rondlopen, de geurverandering niet opmerken. Maar je kunt natuurlijk niet overal en altijd dierenartsen heen sturen.” De Beer en haar consortiumgenoten dachten na over een oplossing voor dit probleem en kwamen uit op een draagbare sensor die geurverandering meet. De sensor werkt op een vergelijkbare manier als een menselijke neus, in tegenstelling tot de meeste eerdere elektronische neuzen. De Beer noemt nog een verschil: “Bestaande sensoren zijn grote apparaten die veel stroom kosten. Die kun je niet de stal in tillen. De sensor die wij ontwikkelen wordt een stuk kleiner en daarmee gemakkelijker in gebruik.”
Van whisky’s herkennen tot drugs onderscheppen
De elektronische neus heeft veel mogelijke toepassingen. Een van die toepassingen is per toeval ontdekt. De Beer vertelt: “We hadden een opstelling gemaakt waarbij we de menselijke neus op kleine schaal nabootsten. Na het testen van een aantal typische geuren, zoals lavendel, kregen we het spontane idee om te kijken of de opstelling verschillende whisky’s zou kunnen herkennen. Andriy Kuzmyn, de postdoc met wie ik samenwerk, fietste naar de winkel en kwam terug met kleine shotflesjes whisky. Deze verschillende whisky’s werden duidelijk herkend door onze opstelling.” Serieuzere toepassingen zijn eveneens in beeld, zoals drugscontrole bij de douane, bederfdetectie in de voedselindustrie en onderhoud van windmolens.
Andriy Kuzmyn en Sissi de Beer
Multidisciplinair project
Voor de toepassing van de sensor in de dierenstal komen verschillende disciplines samen. Zo zijn De Beer en haar collega’s van de Universiteit Twente en Saxion Hogeschool cruciaal voor het ontwerpen van gevoelige coatings om betrouwbare metingen te doen. De Beer legt de werking van polymeercoatings uit: “De coatings zijn gemaakt van minuscule haren. In die haren gaan moleculen zitten, waardoor de coating opzwelt. Die opzwelling verschilt per geur, waardoor we verschillende geuren kunnen onderscheiden.” Daarnaast zijn de kennis en ervaring van andere onderzoekers en bedrijven die sensoren produceren essentieel om de technologie functioneel en nauwkeurig te maken. Tot slot moet de sensor worden geïntegreerd in een praktisch apparaatje dat geschikt is voor gebruik op het boerenerf. De input van zowel boeren als dierenartsen is daarbij onmisbaar om ervoor te zorgen dat het apparaat aansluit bij de dagelijkse praktijk en gebruiksvriendelijk is. De Beer over de bijzondere samenwerking: “Als je iets wilt bereiken, moet je al die verschillende disciplines bij elkaar hebben. In ons lab ontmoeten natuurkunde en scheikunde elkaar, maar in het totale project komen naast technische expertises ook de expertises van wiskundigen, psychologen, boeren en dierenartsen bij elkaar. Dat samenwerken, met z’n allen in een team naar een doel toewerken, zie ik als een belangrijke factor voor het succes van projecten.”
De strijd met variabele omgevingen
De ontwikkeling van de elektronische neus kent naast successen ook uitdagingen. Zo reageert de nieuwe sensor sterk op variaties in de achtergrond. De Beer: “De luchtvochtigheid in stallen varieert nog al. De coatings die we gemaakt hebben, reageren daar sterk op. We willen zorgen dat er geen vocht bij de coatings kan komen, bijvoorbeeld door een filter dat vocht tegenhoudt, maar de geurmoleculen doorlaat. Een andere optie is dat we voor de luchtvochtigheid corrigeren. Dat moet in theorie kunnen, want een menselijke neus kan ook een bepaalde geur herkennen ongeacht of het regent of droog is. Dat komt omdat onze hersenen heel erg getraind zijn. De sensor willen we met machine learning ook trainen met allerlei verschillende achtergronden, zodat deze ook bij wisselende omstandigheden de geur blijft herkennen.”
Ruiken voorbij menselijke grenzen
De grote vraag is of de technologie het menselijk reukvermogen kan overtreffen. De Beer: “Dat is wel ons plan. Het grote voordeel van de polymeercoatings is dat er heel veel moleculen in kunnen gaan zitten. Op receptoren in de menselijke neus kan steeds maar één molecuul gaan zitten. Met de elektronische neus kunnen we dus in theorie lagere concentraties meten dan met een menselijke neus. Dat betekent dat we iets wat de menselijke neus nog niet kan ruiken wel moeten kunnen meten.”
