In november 2024 stelde de overheid 53,8 miljoen beschikbaar voor de ontwikkeling van fotonica in Nederland. Met fotonische chips kunnen kleine, snelle en energiezuinige toepassingen worden ontwikkeld die werken met licht in plaats van elektronen. Met nog een bijdrage van de EU wordt de totale investering in een productielijn binnen Nederland 133 miljoen euro. In Finland zijn ze al verder met de ontwikkeling en toepassing, zij het op een iets andere manier.
Fotonica is de wetenschap van het manipuleren van licht, dat kan van de zon, lampen en andere lichtbronnen komen. Met behulp van lenzen is dat licht te bewerken en te veranderen, dat gebeurt al veel langer. Bijvoorbeeld met microscopen, vertelt professor Jyrki Saarinen van de Universiteit van Oost-Finland in Joensuu: ‘De mobiele telefoon is een prima voorbeeld van fotonica: het genereren, controleren en detecteren van licht. Met gebruik van fotonica kunnen we hele kleine dingen van heel dichtbij zien, zoals met microscopen, maar ook sterren en planeten die heel ver weg zijn, met telescopen. Fotonica zit in zoveel dingen en dat wordt alleen maar meer.’
Fundamenteel onderzoek naar fotonica
Nokia zat oorspronkelijk in Finland, het bedrijf vertrok richting China, maar de kennis bleef achter. Met een investering van de overheid die 1000 PhD’s in fotonica wil, is er ook veel mogelijk. Er zijn diverse kleine startups, die samenwerken met de onderwijsinstellingen en wat grotere bedrijven waardoor investeringen lager zijn. Diverse internationale bedrijven, zoals Microsoft, Konica Minolta en Radiant Optrics Electronics, hebben een research and development-afdeling in Finland, waardoor zij meeliften op de ontwikkelende kennis. De laboratoriums op de universiteit zijn ook beschikbaar voor bedrijven. ‘We doen vooral fundamenteel onderzoek naar hoe licht, de fotonen, interageert met verschillende structuren en materialen. Bijvoorbeeld als we kort flitsen met licht en als we de polarisatie veranderen. Ook maken we componenten met nieuw licht, zoals 3D en vrije vorm optieken, waaronder extreem dunne optieken met structuren die minder zijn dan de grootte van het licht. Daarin is ook belangrijk dat we dit verbinden met applicaties zoals imaging. Dit vraagt om deeltjes van een millimeter.’
Licht en lenzen
Saarinen gaat verder: ‘In een telescoop heb je meerdere lenzen achter elkaar nodig, die elkaars fouten opheffen om zo de perfecte afbeelding te krijgen. Met fotonica in de vrije vorm kun je lenzen ontwikkelen die foutvrij zijn. Alleen is het ontwerpen en vooral de calculatie rond deze lenzen veel moeilijker, maar daar hebben we computers voor. Ook de augmented reality, dus de verrijkte realiteit is een goed voorbeeld. Dit bestaat nog niet in het dagelijks leven. Door alle ontwikkelingen, ook het 3D printen, verandert het hele speelveld. Je kunt nu in een paar uur maken, waar je voorheen vier tot zes weken op moest wachten. De ontwikkelingen gaan daarom zeer snel, vooral ook omdat de universiteiten en bedrijven zijn geclusterd in Photonics Finland, zodat ze wel moeten samenwerken.’
Nanocomb ontstond als eerste bedrijf vanuit de Universiteit van Oost-Finland in Joensuu, het is nu onderdeel van Radiant Opto-Electronics in Thailand. Nanocomb is wel een van de meest innovatieve groepen van het Thaise bedrijf, vertelt eigenaar Samuli Siitonen: ‘We moeten wereldwijd samenwerken om de beste mogelijkheden uit fotonica en optica voor allerlei applicaties te halen. We zijn gespecialiseerd in lichtgeleiders in e-books, in allerlei soorten en voor diverse toepassingen, zoals een privacyfilter, lichtgeleiders als decoratie en voor ondersteuning bij diverse sensorapplicaties. Met fabriekstechnologie om beeldjes op micro- en nanoschaal te produceren, gebruiken we lithografie dat weer van elektronische fabrikanten komt. Dit is vergelijkbaar met de semiconductor. Daarnaast creëren we microstructuren om de werking en de levensduur van de optische componenten te verbeteren. Die printen we uit met een soort printmachines, waardoor we de prijs extreem laag kunnen houden. Ze zijn zo klein dat het menselijk oog ze bijna niet kan zien. Daar hebben we speciaal elektronisch soort papier voor bedacht, zodat dit ook samen kan werken met andere technologieën en toepassingen.’
Brillen
Het bedrijf Dispelix is tien jaar geleden ontstaan en maakt waveguide technologie, in het Nederlands golfgeleider technologie. Directeur Janne Laukkanen: ‘Wij brengen de artificiële wereld als onderdeel of eigenlijk naast de echte wereld met onze technologie. Hierdoor kan bijvoorbeeld een piloot een bril opzetten waar niet alleen de werkelijkheid te zien is, maar ook aan de zijkanten relevante informatie verschijnt. We kunnen dat beeld een meter verder laten zien, maar ook meer of minder. Ons idee is dat als je bril verbonden is met je telefoon, je een tekstbericht direct kunt zien. Je kunt een AI-assistent instellen, aan wie je vragen kunt stellen. Wat je met je mobiele telefoon kan, kan ook met deze bril. Nu is er al een voorloper op de markt van Ray-Ban met een voice-assistent. Als je een AI-assistent, een display en elektronica hebt, vervangt zo’n bril je computer waarbij je je handen niet meer hoeft te gebruiken.’ Dat blijkt toch niet helemaal waar, want in de praktijk heb je wel handen nodig voor de besturing en om op beelden te klikken om het te openen. Net als bij computers en mobieltjes kun je alle programma’s uploaden die je nodig hebt. Je klikt op het knopje aan de zijkant van je bril, op de arm, en het werkt. Over twee jaar zal dit op de markt beschikbaar zijn, voor prijzen die vergelijkbaar zijn met de huidige mobiele telefoons. De grootste uitdaging waar nog geen oplossing voor is, is het zonlicht. ‘Als je aan het skiën bent en je wilt weten wat de beste en veiligste route is en informatie over je snelheid, maar de zon belemmert je zicht, wat dan? Daar is nog geen oplossing voor, maar we zijn ermee bezig.’
XR-lab
In het XR-lab van de universiteit doen onderzoekers experimenten met AR-brillen, die iets toevoegen aan de realiteit, maar op een andere manier dan Dispelix. Deze brillen hebben halve fiberglazen. Met deze bril zie je objecten, die je vast kunt pakken en kunt draaien. Je kunt plannen voor gebieden alvast uittesten. Stel dat je een toren wilt plaatsen in een stad, dan kun je zien wat het effect is op de rest van de stad. In AR zet je de toren alvast op zijn plek, waarna je ziet wat de impact is. Wat doet dat met het uitzicht? Welke gevolgen heeft dat voor omliggende gebouwen? Kan dat zoals wij bedacht hebben of is er iets anders nodig?
In hetzelfde lab zijn er ook VR-brillen, waarbij je als buitenstaander op een scherm kunt zien waar diegene met de bril op is en wat die ziet. Dit is geen bril waarmee je ook de werkelijkheid ziet, maar puur VR. In dit geval ging het om een partij rotsen waarop je leek te staan en je kon naar voren of naar achteren lopen, dan gebeurde hetzelfde op de rots. Als je met de controller op een andere plek richtte en die werd groen, dan ‘transporteerde’ je naar die plek. ‘Als een persoon ergens geweest is en daar zijn opnames van, dan kan iedereen met de VR-bril daar ook zijn’, legt Iiro Muhonen uit, hij is projectcoördinator bij de Universiteit Oost-Finland. Zou het dan mogelijk zijn om bij een begrafenis aan de andere kant van de wereld te zijn? ‘In theorie wel, dan moeten er wel opnames worden gemaakt, maar dat zou kunnen ja. Een combinatie met bijvoorbeeld Google Maps zou een flinke uitbreiding zijn.’
