Bayu Jayawardhana pioniert in de wereld van regeltechniek

Het ene moment draagt hij bij aan een wetenschappelijk instrument voor een mega-telescoop, dan is hij weer bezig met energieopwekking op zee: Bayu Jayawardhana beweegt zonder moeite door de wereld van mechatronica en niet-lineaire regeltechniek. Hij is een ware pionier in zijn vak. Wat ontdekte hij tot nu toe? Hoe houdt hij alles bij? En waar liggen de toepassingen?

_{Tekst: Thomas Vos, Corporate Communicatie / Foto's: Henk Veenstra}

Jayawardhana is een grote naam binnen de mechatronica en niet-lineaire regeltechniek. Hij werkte onder meer aan de Ocean Grazer, een project dat bestaat uit de opslag van energie onder water en een systeem om energie op te wekken met golfbewegingen op zee. Hiervoor won hij samen met collega’s de Ben Feringa Impact Award. Ze waren met dit project tevens finalist van de Huibregtsenprijs. Ook ontwikkelde Jayawardhana onderdelen van de Extremely Large Telescope in Chili. Daarnaast leidt hij verschillende instituten en allianties, waaronder het Engineering and Technology institute Groningen (ENTEG) en sinds kort ook het Dutch Institute for Systems and Control (DISC) waar hij wetenschappelijk directeur is. Tot slot was hij de eerste opleidingsdirecteur van het masterprogramma werktuigbouwkunde van de RUG.

Topuniversiteit voor regeltechniek

Na enkele omzwervingen via Britse universiteiten kwam Jayawardhana in 2008 naar Groningen: ‘Ik wilde altijd al een wetenschappelijke carrière hebben. De RUG is de belangrijkste universiteit in Nederland op het gebied van regeltechniek, mijn vakgebied. De belangrijkste onderzoeksresultaten komen hier vandaan, en dat is wereldwijd bekend. Toen de vacature in 2007 voorbijkwam, greep ik mijn kans. Sindsdien vliegt de tijd voorbij.’

Mechatronica en niet-lineaire regeltechniek

Jayawardhana hield zich vanaf het begin bezig met mechatronica en niet-lineaire regeltechniek. Mechatronica is een technische discipline waarin elektrotechniek, werktuigbouwkunde en meet- en regeltechniek samenkomen. Voorbeelden van technieken die hieruit voorkomen zijn bijvoorbeeld de cd-speler of klimaatregelsystemen. Niet-lineaire regeltechniek legt Jayawardhana als volgt uit: 'Stel dat je naar de kroeg wil fietsen. Je brein is dan een regelaar die ervoor zorgt dat je rechtop en stabiel kunt fietsen. Dat soort regelaars proberen wij na te bootsen met wiskundige formules en kunstmatige intelligentie (AI). Regelaars zijn eigenlijk het brein binnen de mechatronica.' Een bekend voorbeeld van een dagelijkse toepassing is de thermostaat.

Gigatelescoop

Eenmaal in Groningen kon Jayawardhana gelijk aan de slag met een project van SRON Netherlands Institute for Space Research. SRON is betrokken bij de ontwikkeling van METIS, een meetinstrument dat onderdeel is van de Extremely Large Telescope, een Europese gigatelescoop in Chili. Jayawardhana: ‘Het instrument maakt gebruik van een optomechatronisch spiegelsysteem waarmee nauwkeurige metingen kunnen worden gedaan. Deze spiegel zorgt ervoor dat het beeld van bijvoorbeeld een ster zuiver is, door het vervormde beeld dat ontstaat tussen de ster en de telescoop te corrigeren. Samen met een promovendus heb ik de ontwikkeling van de spiegel opgepakt en in 2014 konden we een bruikbare techniek opleveren. Dat is nu onderdeel van METIS.’

Toepassingen

Het project met het optomechatronische spiegelsysteem is nog niet voorbij; een andere promovendus van Jayawardhana werkt dagelijks aan innovatieve vervormbare spiegels samen met SRON en hightechbedrijf ASML, dat mogelijkheden ziet voor praktische toepassingen. Jayawardhana zelf is daarnaast betrokken bij verschillende andere projecten, waaronder Digital Twin, gefinancierd door de NWO. Jayawardhana: ‘Hierin onderzoeken we hoe we AI kunnen combineren met moderne, modelgebaseerde technieken, zoals regeltechniek. Als we bijvoorbeeld nieuwe regeltechniek willen ontwikkelen, kunnen we AI gebruiken om de complexiteit en onzekerheden in het model aan te pakken. Het is dan net als bij ChatGPT misschien niet zeer nauwkeurig, maar het biedt wel een sterke basis. In het verleden moesten we zelf zo’n nauwkeurig model maken, wat erg veel tijd en geld kost.’

Agro-robot

Die basis wordt binnenkort toegepast in een agro-robotproject samen met TNO, Hanze, NHL Stenden en Saxion hogescholen, evenals bedrijven in de regio die autonome robots voor de land- en tuinbouw ontwikkelen. Jayawardhana: ‘Op onze faculteit werken we nu aan twee nieuwe ingenieursopleidingen in Autonomous Systems en in Sustainable Process Design. Die zullen ervoor zorgen dat nieuwe kennis van onze wetenschappers en techneuten een directe impact heeft op innovaties en processen in de industrie.’

Veiligheid

Veiligheid staat altijd voorop, zo benadrukt Jayawardhana: ‘We werken altijd met theorieën, met wiskundig bewijs. We moeten kunnen aantonen dat de combinatie van regeltechniek en AI niet ten koste gaat van de veiligheid van het hele systeem. Bij benadering mogen er kleine verschillen zijn, approximation errors, kleine afwijkingen die niet ten koste gaan van het systeem. Maar we moeten ook echt binnen die limieten blijven.’

Zoeken naar Aarde 2.0

Waarin Jayawardhana veel toekomstpotentie ziet, is de verdere ontwikkeling van vervormbare spiegels: ‘Het is nu nog in het lab, maar gaat in de toekomst impact hebben. De spiegels maken het mogelijk om beelden in hoog contrast te ontvangen. Dat is heel erg nodig om exoplaneten goed te kunnen observeren. Astronomen willen bijvoorbeeld de samenstelling van die planeten weten en kunnen daarachter komen op basis van meetbare fotonen, spectra van licht. Maar het licht van de exoplaneet is vaak zwak. De ster waar de exoplaneet omheen draait, schijnt vaak veel helderder. Dus als we aarde 2.0 willen vinden, is dat moeilijk. De vervormbare spiegels moeten het mogelijk maken om toch een goed beeld te krijgen.’

Betrouwbaar product

De beoogde toepassingen maken de verdere ontwikkeling van de spiegels uitdagend. Jayawardhana: ‘Het is de bedoeling dat de spiegels onderdeel worden van een telescoop die de ruimte in wordt gelanceerd. Dan krijg je opeens ook te maken met allerlei andere eisen. Tijdens de lancering, bijvoorbeeld, zijn er extreme trillingen waartegen de spiegels bestand moeten zijn. We moeten dus echt een betrouwbaar product opleveren, en dat proberen we nu te ontwikkelen.’

Zee-energie

Van de kosmos naar de oceaan: Jayawardhana werkt ondertussen ook verder aan de Ocean Grazer, een project dat het mogelijk maakt om oneindig energie op te wekken op basis van golven. Jayawardhana: 'De Ocean Grazer is nu een startup gericht op energieopslag, als een soort van batterij onder water bij bijvoorbeeld windmolens op zee. Tegelijkertijd werken we nog hard aan de technologie om uit golven energie op te wekken, de wave energy converter. Dat is nog niet commercieel toepasbaar, in tegenstelling tot de batterij, maar biedt wel veel kansen.'

Verwondering

Dat hij aan veel projecten werkt, onderkent Jayawardhana: 'Ik weet niet of ik ze allemaal moet vertellen, haha.' Is er iets dat eruit springt? 'Ik heb passie voor alle projecten. Technologie blijft mij verwonderen, en ik ben heel blij om daar een onderdeel van te zijn. Maar het is moeilijk om alles bij te houden. Daarom moeten we ook een goed team hebben. We houden elkaar scherp als het op de regeltechniek aankomt, ook al werken we aan verschillende toepassingen.'