Praten met Danqing Liu betekent dat je voorstellingsvermogen goed op de proef wordt gesteld. Schijnbaar achteloos gooit ze de meest wilde en fantastische ideeën over de materialen waar ze aan werkt op tafel, met als gevolg dat deze interviewer bijkans mentaal in ademnood kwam om bij te blijven en zich een beeld te vormen van al die devices en toepassingen die voor haar zo volslagen logisch lijken. Beeldschermen waarop je een plaatje kunt voelen; materialen die op afstand jouw bewegingen nadoen; beveiligingssystemen voor data die niet met binaire code werken, maar gebruikmaken van defecten in materialen om zo onvoorspelbare 'sleutels' te creëren.

Gewoon maar een paar voorbeelden die de reikwijdte (en creativiteit) van Liu's onderzoek illustreren. Ze is associate professor Human Interactive Materials binnen de chemie-faculteit aan de Technische Universiteit Eindhoven. Hier zet ze haar achtergrond in natuurkunde, elektrotechniek, werktuigbouwkunde en materiaalonderzoek in om niet alleen nieuwe adaptieve en responsieve materialen te ontwikkelen, maar deze ook een stap verder te brengen in de vormen van device-prototypes met een praktische toepassing.

Afgelopen februari kreeg Liu een NWO Vici-beurs van €1,5 miljoen toegekend voor haar project 'Beyond sight and sound: liquid crystal polymer-based tactile interfaces for the digital age.' De perfecte aanleiding om meer te horen over haar plannen en waarom zij een groeiende behoefte ziet aan manieren om onze tastzin te gebruiken.

Gefeliciteerd met je Vici. Het is vast heel fijn om zo'n bedrag te krijgen.

'Ja, het is zeker fijn, maar het is niet heel veel.'

Pardon?

'Kijk, het is toereikend voor dit project, maar het is niet genoeg om alles te doen wat we van plan zijn.'

Maar wat kun je dan wel met dit bedrag?

'Hiermee kan ik drie promovendi aanstellen en van de faculteit betaalt nog een extra postdoc-positie. En de Vici is ook deels voor mijn salaris.' 

Waar gaan deze nieuwe promovendi en postdoc aan werken?

'Om je een voorstelling te maken van dit project kun je het best proberen jouw dagelijks leven te vergelijken met dat van mensen die blind zijn. Jij wordt wakker en je kijkt op een scherm voor allerlei informatie. In onze digitale samenleving ligt de focus op beeldschermen en touchscreens. Maar voor wie niet kan zien bieden die schermen geen mogelijkheid om een patroon of een plaatje te "voelen". Via braille-toetsenborden wordt ook alleen tekst doorgegeven, geen afbeeldingen. We willen beeldschermen ontwikkelen waarmee mensen een patroon fysiek kunnen voelen door uitstulpingen in het scherm.'

Hoe kom je op zo'n idee?

'Dat begon niet vanuit een behoefte om blinden te helpen. Het idee voor deze toepassing kwam naar boven uit een enorme hoeveelheid inzichten en ontdekkingen uit jaren van onderzoek. Een beeldscherm is een 2D product en ik dacht dat het wel interessant was om eens te kijken of we daar meer dimensies aan konden toevoegen. Al in 2013 sprak ik met mensen van Samsung over dit idee van beeldschermen met uitstulpingen, maar ze waren totaal niet geïnteresseerd. Maar wij gingen gewoon door met dit plan en jaren later, in 2024, presenteerde ik ons werk op de grootste internationale beeldscherm-conferentie en toen werd ik los van elkaar door mensen van verschillende technologieteams van Samsung benaderd die allemaal interesse hadden en mijn resultaten.'

'Wij ontwikkelen de chemie waar haptische technologie op rust'

Hun interesse was veranderd, omdat...

'Technologieën zoals VR en AR zijn inmiddels zeer goed ontwikkeld, maar nog wel steeds heel sterk visueel georiënteerd. Het haptische deel [dat werkt op de tastzin, red.] van deze applicaties is nog steeds onderontwikkeld, terwijl dat veel mogelijkheden biedt om allerlei sensaties toe te voegen. Denk aan de overgangen tussen warm en koud, hard en zacht, glad en ruw, etc. Haptics is een onderwerp waar vanuit verschillende velden aan wordt gewerkt , zoals mechanica, maar ook psychologie en industrieel ontwerp. Maar de materialen die deze zintuigelijke ervaringen mogelijk maken moeten we nog ontwikkelen. Dat is wij doen, wij ontwikkelen de chemie waar haptische technologie op rust. Ik zie dat de behoefte om iets ook fysiek te kunnen aanraken en voelen steeds belangrijker wordt in onze digitale wereld. Het is niet dat ik terug wil naar vroeger tijden, maar ik wil juist moderne technologie inzetten om sensaties en ervaringen te creëren die wij als mens nodig hebben. En wij hebben onze tastzin nodig. Dat is ook waarom we vrijwel allemaal liever op met een toetsenbord werken dan dat we op een tablet typen. Het is ook de reden dat onze telefoons propvol haptics zitten.'

Maar hoe ben jij, als materiaalonderzoeker, geïnteresseerd geraakt in haptics?

'Dat kwam op toen ik werkte aan "zwemmers"; soft robotics-achtige materialen die door water kunnen bewegen. Om die beweging te stimuleren moest ik een materiaal ontwerpen waarvan het oppervlak kon veranderen van glad naar ruw en weer terug. Want daarmee verandert de weerstand van het materiaal ten opzichte van het water en daardoor ontstaat beweging. Toen ik de eerste keer die glad-ruw overgang in het materiaal waarnam, zette me dat aan het denken over onze tastzin en hoe we dit ervaren en zo kwam ik op het spoor van haptische technologie.'

Dus jij begint ergens, laat je verrassen en ziet dan wel weer hoe het ene tot het andere leidt?

'Ja, eigenlijk wel. Ik werk heel exploratief, mijn onderzoek is compleet discovery-driven. Ik werk niet vanuit een hypothese. Waar ik nu sta, met dit Vici project, is het resultaat van allerlei losse stukjes die voortkomen uit de afgelopend twintig jaar en nu samenvallen.'

Dat is wel een lange tijd.

'Maar het kost ook echt veel tijd om je ideeën te bespreken met anderen, ook buiten de universiteit met bedrijven. Dat is allemaal nodig om je ideeën verder aan te scherpen en te checken of ze überhaupt zinnig zijn en waar mogelijke toepassingen liggen. Toen ik hier ging werken bij Dick Broer [emeritus hoogleraar TUE en voormalig VP research bij Philips, red.] werden zulke gesprekken meteen gestimuleerd, omdat hij een achtergrond in de industrie heeft. Voor mij is het altijd normaal geweest om met bedrijven over mijn onderzoek te praten. Daarom vind ik het ook een heel sterk punt dat NWO TTW [Toegepaste en Technische Wetenschappen, red.] eist dat je een gebruikerscommissie opzet als onderdeel van je project. Het dwingt je om na te denken over potentiële toepassingen. Dat past ook bij mij, ik ben een ingenieur dus ik wil graag nadenken over oplossingen.'

Is er ook een meer overkoepelende, fundamentele vraag die jouw denken stuurt?

'Voor mij zijn fundamenteel en toegepast onderzoek compleet verstrengeld, ik kan die twee niet scheiden. Neem nou die uitstulpingen in een beeldscherm. Daar komen allerlei typisch "wetenschappelijke" vragen bij kijken. Bijvoorbeeld: hoe vertalen we moleculaire eigenschappen naar macroscopisch, functioneel gedrag? We weten nu uit ervaring welke configuraties van clusters van vloeibare kristallen zorgen voor een bepaald gedrag. Nu kunnen we aan de slag met AI tools om juist meer generieke principes te achterhalen over hoe je deze LC [liquid crystals, red.] clusters moet configureren. Zo leren we welke specificieke vormen leiden tot welke specifieke uitstulpingen.

En dan is er nog de vraag welk signaal je gebruikt om de verandering in je materiaal op te roepen. Jarenlang werd licht gezien als de beste en meest elegante trigger om een respons te induceren, maar devices zoals beeldschermen worden juist allemaal elektrisch aangestuurd. De trigger die je wilt gebruiken bepaalt weer de moleculaire eigenschappen van je materiaal.'

In jouw onderzoek komen zoveel verschillende specialisaties samen, kun je ons even meenemen door je achtergrond en je loopbaankeuzes?

'Ik begon mijn opleiding, nog in China, in de optische natuurkunde en daarna heb ik een master elektrotechniek gedaan aan de TU Delft waar ik aan halfgeleiders heb gewerkt. Toen ben ik naar Eindhoven gegaan voor mijn promotie bij werktuigbouwkunde en vervolgens ben ik in het materiaalonderzoek beland hier binnen de chemische faculteit.' 

'Voor mij is het altijd normaal geweest om met bedrijven over mijn onderzoek te praten'

Jij bent de belichaming van het multidisciplinaire onderzoek waar altijd zo de nadruk op wordt gelegd, maar wat in de praktijk zelden een makkelijke route is.

'Klopt, als je verandert van onderzoeksveld zul je, als het gaat om carrièrestappen, altijd achterlopen op je peers. Maar ik had het geluk dat ik steeds weer mensen vond die bereid waren me op te nemen, ondanks mijn vele switches. Mijn huidige groep is ook heel gemengd met onderzoekers vanuit allerlei disciplines. Het is heel belangrijk, weet ik uit ervaring, dat mensen de tijd en de ruimte krijgen om zich een nieuw veld eigen te maken. In mijn groep moeten de chemici van alles leren over elektrotechniek en hoe je een device ontwerpt en andersom moet de elektrotechnici veel leren over chemie.'

Je zei aan het begin dat het Vici budget niet voldoende is om alles te doen wat je wilt, maar hoe ver kun je hiermee komen? Heb je specifieke doelstellingen die je wilt bereiken?

'Er zijn zeker specifieke doelen, die zijn gekoppeld aan de promotietrajecten van de studenten die ik ga aanstellen. Zij gaan werken aan de hard-zacht overgang in de materialen, aan de topografie van het oppervlak, en aan de warm-koud sensaties. Maar er is nog veel meer om uit te zoeken.'

Zoals?

'Hoe je adaptieve materialen op afstand kunt aansturen zodat ze jouw bewegingen imiteren. Dit kun je bijvoorbeeld gebruiken om materialen te trainen zodat ze in een gevaarlijke omgeving kunnen werken, doordat ze jouw handeling uitvoeren terwijl jij op een veilige plek staat. Of denk aan wearables, draagbare technologieën, waarmee je mensen kunt troosten tijdens een online gesprek. Het materiaal herkent jouw beweging als je een hand op een schouder legt of een omarming doet en de ander "voelt" dat dan door die wearables. We hebben als perceptietests lopen om dit uit te werken. Maar het is een lange, ingewikkelde weg om van een materiaal ook echt een device te maken. Daarvoor moet je door meerdere lagen van complexiteit heen. Dat is echt een enorme uitdaging, maar we weten al dat het materiaal dit kan doen. Mijn doel is om het tot een prototype te ontwikkelen en dan moet een start-up het naar het volgende niveau tillen.'