Grafeen en het menselijk brein als pronkstukken van Europees Onderzoek Samenvatting Ode Wolters, augustus 2013 Een technologische doorbraak vergt een grote langetermijninvestering en een sprong in het diepe. Omdat Europa een vooraanstaande rol wil blijven spelen op het wereldwijde wetenschapstoneel zet de Europese Commissie in op twee opkomende technologieën die een technologische doorbraak moeten bewerkstelligen en zo groei en banen in Europa kunnen creëren: de ontwikkeling van grafeen, het dunste materiaal ter wereld, en het in kaart brengen van het menselijk brein, een van de grootste mysteries ter wereld. In dit artikel meer over opkomende technologieën en deze twee vlaggenschepen van het Europese onderzoeksveld. Inleiding Om de grote uitdagingen van de toekomst aan te gaan zijn grootschalige projecten en investeringen nodig. Opkomende onderzoeksgebieden zijn in Europa echter nog vaak zeer versnipperd. Veel projecten en programma s bestaan naast elkaar en hebben niet de kritische massa die nodig is om een maximale impact uit investeringen te krijgen. Deze beweging kan alleen tegen worden gegaan als er op Europees niveau wordt geïnvesteerd in langetermijnonderzoek waarbij een hoog risico wordt geaccepteerd. Daarom investeert de Europese Commissie in grootschalige onderzoeksprojecten op het gebied van twee opkomende technologieën: grafeen en het menselijk brein. Ondersteuning van deze projecten moet Europa helpen zijn positie als wereldspeler te handhaven en werkgelegenheid en groei te creëren. Opkomende technologieën Om in Europa langetermijnonderzoek te bevorderen en de fundamenten te leggen voor technologische doorbraken, heeft de Europese Commissie (hierna: de Commissie) het FET programma ontwikkeld, dat geheel is gewijd aan opkomende technologieën (Future & Emerging Technologies). i FET investeert in onderzoek en ontwikkeling met een hoge potentiele impact op technologie, en op onze economie en samenleving. De combinatie van lange termijn, hoog risico, multidisciplinair en gezamenlijk onderzoek moet de basis leggen voor een volgende generatie technologieën. Hoewel FET is ontstaan vanuit het ICT programma van KP7, zal FET uiteindelijk onderdeel worden van het nieuwe kaderprogramma voor onderzoek en innovatie (Horizon 2020) en daarbinnen een belangrijke rol vervullen als pionier van het toekomstige onderzoek in Europa. Binnen Horizon 2020 maakt FET onderdeel uit van de excellent science pijler en is in die context een soort broedmachine voor innovatieve ideeën en opkomende technologieën. 1
Het FET programma bestaat uit drie complementaire regelingen die de verschillende ontwikkelingsfases van een opkomende technologie faciliteren. FET Open ondersteunt kleine projecten voor het onderzoeken van nieuwe, visionaire ideeën. FET Proactive werkt met thematische calls en ondersteunt zo niet alleen de verdere ontwikkeling van een idee maar werkt ook aan de community building van het nieuw te ontwikkelen wetenschapsgebied. De FET Flagships tenslotte, zijn grootschalige onderzoeksinitiatieven die de potentie hebben om grote wetenschappelijke en technologische uitdagingen aan te pakken en een wetenschappelijke doorbraak te bewerkstelligen. ii Vlaggenschepen Zoals de naam FET Flagships al aangeeft, worden deze projecten groots aangepakt en zijn de verwachtingen hoog. De uitdaging die de Flagships aangaan, vergt een langetermijninspanning en een bijpassend budget. De verwachting is dan ook dat elk Flagship tot 1 miljard aan totale financiering ontvangt over een periode van meer dan 10 jaar, gedeeltelijk afkomstig van de Commissie en gedeeltelijk van andere partners waaronder lidstaten, universiteiten en de industrie. Het eerste deel van de Europese financiering is nog afkomstig uit het ICT programma van KP7, vanaf 2014 zal de bijdrage afkomstig zijn uit Horizon 2020. De Flagships moeten uiteindelijk een fundamentele verandering teweeg brengen in wetenschap en technologie, maar op termijn ook invloed hebben op de maatschappij en de concurrentiepositie van Europa versterken iii. Hiervoor een is goede samenwerking tussen verschillende disciplines, gemeenschappen en programma s essentieel iv. De Commissie hoopt dat er rond elk vlaggenschip uiteindelijk een vloot zal ontstaan van verwante projecten die het hoofdthema van het Flagship aanvullen. v Aan de Flagships ging een voorbereidingsfase van 2 ½ jaar vooraf, om te bepalen welke twee thema s de komende 10 jaar voorop zullen lopen in het Europese onderzoeksveld vi. Zes kanshebbers kregen ieder een budget van 1,5 miljoen en ruim een jaar de tijd om hun strategische routekaarten voor het onderzoek te verfijnen en de beste mensen voor de uitvoering van het onderzoek te zoeken. Eind 2012 werden de onderzoeksvoorstellen, inclusief een stappenplan en een uitvoeringsplan beoordeeld door een panel van 25 wereldberoemde experts, waaronder vooraanstaande wetenschappers en specialisten uit verschillende disciplines, vooraanstaande professoren, wetenschaps en beleidsadviseurs, voormalig CEO's van multinationals en een Nobelprijswinnaar. De onderzoeksvoorstellen werden beoordeeld op de kwaliteit van het onderzoek, de uitvoerbaarheid en de waarde voor Europa in termen van invloed op wetenschap, technologie, maatschappij en economie. De Human Brain Project en Graphene werden uiteindelijk beoordeeld als de twee beste voorstellen en kunnen in september 2013 van start gaan. vii Grafeen Andre Geim en Kostya Novoselov, verbonden aan de Universiteit van Manchester en de Radboud Universiteit Nijmegen, maakten in 2004 als eersten grafeen. Dit is het dunste materiaal ter wereld en de 2
meest platte vorm van koolstof (één atoom dik). Voor deze ontdekking wonnen zij in 2010 de Nobelprijs voor de Wetenschap viii. Sindsdien is grafeen meegenomen in een wetschappelijke wervelwind en lijkt in de toekomst net zo belangrijk te zullen worden als staal en kunststof. De verwachting is dan ook dat dit nieuwe materiaal in meerdere sectoren een revolutie teweeg zal brengen en op die manier in Europa economische groei en nieuwe banen zal creëren ix. De unieke combinatie van superieure eigenschappen van grafeen zoals, buigbaarheid, lichtgewicht en stevigheid, maken het materiaal geschikt voor een breed scala aan nieuwe revolutionaire technologieën. Belangrijke toepassingen zijn bijvoorbeeld snelle elektronische en optische apparatuur, flexibele elektronica, functionele lichtgewicht componenten en geavanceerde batterijen. Voorbeelden van nieuwe producten die op grafeentechnologieën gebaseerd kunnen worden zijn snelle, flexibele en sterke consumentenelektronica zoals elektronisch papier en buigzaam persoonlijke communicatie apparaten. Maar ook lichtere en zuinigere vliegtuigen worden mogelijk door het gebruik van grafeen. Op de langere termijn kan grafeen zelfs leiden tot revolutionaire medische toepassingen, zoals bijvoorbeeld kunstmatige netvliezen. Het Graphene Flagship start in 2013 met een gezamenlijk onderzoeksproject van uitzonderlijke omvang: 126 academische en industriële onderzoeksgroepen in 17 Europese landen zullen starten met een budget van 54.000.000 voor de eerste 30 maanden, waarna het consortium nog verder uitgebreid zal worden. Het onderzoek zal betrekking hebben op de volledige productieketen van het materiaal zelf en van de toepassingsmogelijkheden. Het hele project zal worden gecoördineerd door de Chalmers University of Technology gevestigd in Göteborg, Zweden, ondersteund door een Strategische Adviesraad met Nobelprijswinnaars Andre Geim, Albert Fert, Klaus von Klitzing en Kostya Novoselov. In de Adviesraad hebben echter ook industriële vertegenwoordigers van Nokia en Airbus, en twee vertegenwoordigers van de Global Graphene Research Community zitting. x Het Menselijk Brein Een van de grootste uitdagingen van de 21 e eeuwse wetenschap is het begrijpen van het menselijk brein. The Human Brain Project (HBP) heeft als doel om onderzoekers over de hele wereld met behulp van een unieke simulatiebenadering te voorzien van een instrument om te doorgronden hoe het menselijk brein werkt. Met begrip van het menselijk brein kunnen nieuwe behandelingen voor hersenaandoeningen worden ontwikkeld, revolutionaire computertechnologieën gebouwd en inzicht worden verschaft in datgene wat ons menselijk maakt. xi Het HBP verzamelt de massa van neurologische gegevens die beschikbaar zijn en zoekt naar biologische patronen die kunnen leiden tot een nieuwe manier van diagnosticeren en classificeren van hersenaandoeningen. Deze nieuwe benadering biedt ruimte voor het ontwikkelen van nieuwe behandelingen en geneesmiddelen. Aan de andere kant kunnen wij ook nog veel leren van ons brein, dat met miljarden processing units verbonden is via kilometers vezels en triljoenen synapsen, terwijl het niet meer stroom verbruikt dan een gloeilamp. Begrijpen hoe dat kan en hoe de verschillende onderdelen van 3
ons brein onderling communiceren, kan de sleutel zijn tot een nieuwe generatie computers en computergebruik. xii Op basis van eerder pionierswerk van de projectpartners, werkt HBP met 87 organisaties uit 23 verschillende landen (waarvan 16 Europese) xiii aan onderzoeksplatforms voor de wetenschappelijke gemeenschap op verschillende terreinen, van neurowetenschap en geneeskunde tot informatica en robotica. Zo worden innovatieve hulpmiddelen en diensten beschikbaar voor wetenschappers over de hele wereld, waardoor het onderzoek naar het menselijk brein in een stroomversnelling terecht komt. xiv Vervolg De consortia van de twee Flagships bestaan uit tientallen universiteiten, onderzoeksinstellingen en private partners uit verschillende landen binnen en buiten Europa. Het zijn echter geen monolithische structuren die er de komende tien jaar hetzelfde uit blijven zien. De Flagships zijn juist ontworpen om flexibel te zijn en onderzoek in te kunnen schakelen waar dat op dat moment nodig is. 20 % van het gehele budget is dan ook gereserveerd voor open calls om nieuwe partners aan te trekken. Deze calls zullen nog in 2013 worden gelanceerd. xv Naast Graphene en HBP zijn er nog vier andere consortia die ruim een jaar hebben gewerkt aan het uitwerken van een onderzoeksvoorstel voor FET Flagships. Hierbij gaat het om FuturICT: het begrijpen en beheren van complexe, wereldwijde, sociaal interactieve systemen met een focus op duurzaamheid en veerkracht; Guardian Angels: technologie voor zeer energie efficiënte, slimme, elektronische, persoonlijke metgezellen voor de mens; IT Future of Medicine: geïndividualiseerde geneeskunde van de toekomst op basis van de moleculaire, fysiologische en anatomische gegevens van individuele patiënten; en ten slotte RoboCom: levensecht gezelschap. xvi Hoewel deze projecten uiteindelijk niet zijn verkozen tot de Europese onderzoeksvlaggenschepen van de komende jaren, zijn de vier consortia nog steeds waardevol voor het Europees onderzoek. Door samen te werken aan zo n omvangrijk project is de samenwerking tussen de wetenschappelijke gemeenschappen in heel Europa gestimuleerd, en dat heeft geleid tot integrale onderzoeksagenda's van hoge waarde, zowel voor de lidstaten als voor Europa als geheel. Deze onderzoeksagenda s en onderwerpen zullen geldig blijven in Horizon 2020, alsook voor de nationale onderzoeks en innovatieprogramma's. Er zal echter geen financiering voor gereserveerd zijn. Onderzoeksvoorstellen die voortkomen uit deze vier projecten zullen voor financiering dus moeten concurreren met andere voorstellen binnen Horizon 2020. Om zo veel mogelijk afstemming tussen de onderzoeksprogramma s en de nationale lidstaten te bereiken heeft de Commissie voor Graphene en The Human Brain Project een ERA NET opgezet. Hierin zitten nationale onderzoeksraden en onderzoekersfinancierders zoals NWO die samen investeren om projecten die verwant zijn aan de Flagships te kunnen financieren. Hierin zal ook aandacht zijn voor FuturICT, Guardian Angels, IT Future of Medicine en RoboCom. xvii 4
[streamers] Grafeen lijkt in de toekomst net zo belangrijk te zullen worden als staal en kunststof Ondersteuning van deze projecten moet Europa helpen zijn positie als wereldspeler te handhaven en werkgelegenheid en groei te creëren i ii iii iv v vi vii viii ix x xi xii xiii xiv xv xvi xvii ec.europa.eu/digital agenda/en/future emerging technologies fet http://europa.eu/rapid/press release_memo 13 36_en.htm http://www.ru.nl/@786673/pagina/ http://www.graphene flagship.eu http://www.humanbrainproject.eu/ http://www.humanbrainproject.eu/ 5