2021 was het jaar waarin heel wat mensen zijn gaan beseffen hoe essentieel chiptechnologie geworden is in hun leven. Wie een spelconsole, een nieuwe wagen of een laptop probeerde te bestellen, werd geconfronteerd met lange wachttijden ten gevolge van een wereldwijd chiptekort. De chipschaarste was het meest zichtbaar in de auto-industrie, maar eigenlijk wordt iedere sector steeds meer afhankelijk van microchips. Zowat ieder toestel heeft chips nodig. Bovendien staan we vandaag aan het startpunt van een deeptech revolutie in onder meer de gezondheidszorg en de farmasector, waarbij innovatieve bedrijven en start-ups nieuwe op chiptechnologie gebaseerde oplossingen op de markt brengen.
Het toenemende economisch en strategisch belang van chiptechnologie heeft op het politieke wereldtoneel veel in beweging gezet. De Europese Unie maakt werk van een Chips Act om de productie van chips in Europa te verdubbelen én om Europa vooraan in de tech race te krijgen. Voor dat laatste kan imec een enorme troefkaart zijn en dat besef is doorgedrongen tot in de hoogste politieke regionen. Europees commissaris voor Interne Markt Thierry Breton noemde imec 'het beste onderzoekscentrum voor chips ter wereld'. Zijn collega Margrete Vestager (EU-commissaris voor Mededinging) sprak in juli vorig jaar tijdens haar bezoek aan imecs cleanroom over ‘een plaats waar het hart van de Europese innovatie klopt’.
De cleanroom vormt het kloppend hart van het onderzoekscentrum. Ze stelt imec in staat om de meest geavanceerde technologieplatformen ter wereld op te bouwen, zoals micro-elektromechanische systemen, fotonische componenten (licht manipuleren op een chip) en microfluidics (vloeistoffen manipuleren op een chip). Op basis daarvan worden allerlei nieuwe toepassingen mogelijk.
Vandaag is imec klaar voor de volgende stap: systeeminnovatie. Het onderzoekscentrum werkt al aan de ontwikkeling van systeemdemonstratoren in samenwerking met de farmaceutische sector en de opkomende waterstofsector. De complexiteit van deep tech innovatie is enorm, maar door prototypes te bouwen die het potentieel van nanotechnologie aan imecs partners demonstreren, wordt een snellere marktintroductie mogelijk. Ook de uitvinding van een covid-ademtest die virusdeeltjes opvangt op een chip, is een prachtig voorbeeld van systeeminnovatie. Op amper een jaar tijd is een briljant idee tot een functioneel prototype uitgegroeid. Zonder het life sciences-technologieplatform dat imec de voorbije jaren al had opgebouwd, was de razendsnelle ontwikkeling van deze nieuwe ademtest niet mogelijk geweest.
De Vlaamse Regering bevestigde eind 2021 zijn vertrouwen in het technologieleiderschap van imec en het belang ervan als innovatiemotor in Vlaanderen door een nieuw vijfjarig convenant af te sluiten. Vlaams minister van innovatie Hilde Crevits verhoogt de dotatie voor imec, die op dit moment ca. 110 miljoen euro bedraagt, naar 129,6 miljoen euro voor 2022. Met de extra middelen voor systeeminnovatie kan imec nog beter de brug slaan tussen het kernonderzoek en de brede waaier aan industriële toepassingen die imecs partners in Vlaanderen nodig hebben.
Tegelijk zet imec zijn expertise ook in om de Vlaamse overheden te ondersteunen in de grote uitdagingen die op ons afkomen. Het zal dan ook niet verbazen dat de hieronder uitgelichte highlights zich uitspreiden over de verschillende maatschappelijke domeinen waarin imec actief is: van technologische doorbraken in pure chiptechnologie tot innovaties die zullen bijdragen tot een betere gezondheidszorg, een succesvolle energietransitie, een veiliger verkeer of digitaal onderwijs op maat van de leerling. Een greep uit imecs hoogtepunten van het voorbije jaar:
- Imec demonstreert nieuw soort transistor die chips onder de 2 nanometer mogelijk maakt
- Imec ontwikkelde een revolutionaire covidademtest
- Imec stelde een nieuwe generatie neuroprobes voor die nieuwe mogelijkheden opent voor hersenwetenschappers
- Imec ontwikkelde een techniek om medische algoritmes te verbeteren zonder patiëntgevoelige informatie te delen
- Imec bundelde de krachten met VITO en met de industrie om de transitie naar een waterstofeconomie mogelijk te maken
- Imec startte een onderzoeksprogramma om de halfgeleiderindustrie te helpen haar ecologische voetafdruk te verkleinen
- Imec versterkte zijn venturing-programma om een voedingsbodem voor deeptechbedrijven te creëeren
- Imec genereerde een groeiende economische impact in Vlaanderen
- Imec en KU Leuven lanceerden een gratis online portaal dat leren op maat mogelijk maakt
- Imec legde de fundamenten voor intelligente verkeerslichten en geconnecteerde mobiliteit
1. Doorgedreven miniaturisatie van chiptechnologie
Het aantal transistoren op een chip verdubbelt om de twee jaar, waardoor er steeds meer rekenkracht op een kleinere oppervlakte beschikbaar wordt. Om die schaalverkleining te kunnen voorzetten, heb je steeds geavanceerdere toestellen nodig die steeds fijnere structuren kunnen aanbrengen op een chip.
Het Nederlandse bedrijf ASML heeft een toestel ontwikkeld dat via een ingenieus spiegelsysteem extreem ultraviolet licht (EUV) projecteert om minuscule patroontjes op een chip aan te kunnen brengen. Zonder dit EUV-toestel zou niemand de geavanceerde chips kunnen maken die vandaag in onze smartphone zitten.
Imec werkt samen met ASML aan verschillende cruciale processen voor EUV-lithografie. Vandaag wordt al de werking van de volgende generatie EUV-toestellen onderzocht. Daarbij zullen onder meer spiegels gebruikt worden die tot atomair niveau gladgeslepen werden zodat de openingshoek nóg groter wordt waardoor het EUV-beeld nóg preciezer wordt en zodat er nóg fijnere structuren op een chip mogelijk worden. De ambitie is om een eerste prototype tegen 2023 klaar te hebben, maar de basis werd vorig jaar al gelegd. In deze longread (Engelstalig) leggen we uit hoe imec en ASML samen de grenzen van het haalbare verleggen.

Schematische voorstelling van de spiegel-set-up voor onderzoek naar de volgende generatie EUV-chipmachines
De ontwikkeling van uiterst geavanceerde chipmachines is evenwel niet de enige manier om de schaalverkleining voort te zetten. Je moet ook de architectuur van de transistoren op de chip zelf voortdurend zien te verbeteren. Ook dat is een technologisch huzarentukje. Met een vorkstructuur slaagden onderzoekers van imec erin om de afstand tussen transistoren aanzienlijk te verkleinen. Ze demonstreerden deze eerste volledig functionele en geïntegreerde forksheet-transistor vorig jaar in juni op VLSI, een belangrijke wetenschappelijke conferentie in Japan.

Thierry Breton, Europees commissaris voor interne markt (links), neemt een wafer (siliciumschijf) met geïntegreerde forskheet-transistoren in ontvangst tijdens zijn bezoek aan imecs cleanroom op 11 juni 2021.
2. Uitgeademde virusdeeltjes detecteren op een chip
Het is intussen overduidelijk dat het Sars-CoV-2-virus zich verspreidt via uitgeademde lucht. Zouden we de virusdeeltjes in onze adem niet kunnen opvangen via een minuscule zeef om er vervolgens een ultrasnelle PCR-test op uit te voeren? Een wild idee aan de start van de pandemie resulteerde vorig jaar in een gebruiksvriendelijk blaasinstrument. Een klinische studie aan UZ Leuven vergeleek de ademstalen met die van neuswissers en bracht aan het licht dat proefpersonen al de grootste hoeveelheid virus uitademen aan het begin van een infectie.
Imecs ‘breathalyzer’ is gebaseerd op een siliciumchip die efficiënt virusdeeltjes kan capteren. Op een siliciumchip kan de PCR-techniek twintig keer sneller uitgevoerd worden dan in een labo. De technologie om aerosolen in uitgeademde lucht rechtstreeks op een chip op te vangen, is uniek in de wereld. MiDiagnostics, een spin-off van imec, heeft de technologie in licentie genomen en is een pilootstudie gestart in het Test Centre van Brussels Airport. Ook andere bedrijven tonen interesse om de ademtest van imec te commercialiseren.
Dat verschillende onderzoeksteams binnen imec er op één jaar tijd in geslaagd zijn om een veelbelovend idee om te zetten in een functioneel prototype, is een indrukwekkende prestatie. Dat imec daarmee bovendien een ambitieus Vlaams bedrijf helpt om unieke producten op de markt te brengen, is de kers op de taart.
3. Innovaties voor een goedkopere, accuratere en meer persoonlijke gezondheidszorg
De pandemie legde niet enkel de behoefte aan snelle diagnostische hulpmiddelen bloot, maar ook de druk op het gezondheidszorgsysteem en enkele knelpunten in de productie.
In de farmaceutische sector kan chiptechnologie het productieproces helpen versnellen door bijvoorbeeld de kwaliteitscontrole te automatiseren. Onze regio is het toneel van een bloeiende farmaceutische industrie. In november ondertekende imec nog een samenwerking met GSK, een multinationaal farmaceutisch bedrijf waarvan het R&D-hoofdkwartier in België is gevestigd. Imec onderzoekt samen met GSK hoe productieprocessen verbeterd kunnen worden en hoe nanotechnologie de ontwikkeling van nieuwe vaccins kan versnellen.
Cel- en gentherapieën zijn vandaag immens duur omdat ze op maat van ieder individu moeten worden ontwikkeld. Ook daar kan chiptechnologie de prijs fors laten dalen door verschillende stappen in het productieproces te automatiseren en te parallelliseren. Zo ontwikkelt imec samen met de Oostenrijkse start-up Sarcura een oplossing om celtherapie te automatiseren, zodat immuuntherapieën voor bijvoorbeeld kankerberstrijding op grote schaal toepasbaar en goedkoper kunnen worden.
Imec stelde vorig jaar ook Neuropixels 2.0 voor, een nieuwe generatie miniatuurprobes die hersenactiviteit in individuele zenuwcellen gedurende weken - en zelfs maanden kan volgen. Prototypes van de nieuwste versie worden momenteel getest door neurowetenschappers in laboratoria over de hele wereld.
Imec ontwikkelde in 2021 ook een nieuwe methode om op een accurate manier de bloeddruk te bepalen met ultrasone golven. De oplossing bestaat uit een echografiesensor die kan omgevormd worden tot een klein, draagbaar toestel.

De nieuwe generatie Neuropixels (onder) is nog kleiner dan de vorige (boven) en kan de neurale activiteit wekenlang monitoren.
4. Medische data maximaal ontsluiten voor onderzoek, innovatie en beleid
Medische gegevens worden overal verzameld, door huisartsen en zorginstellingen, maar ook door pakweg smartwatches. Nieuwe toepassingen zullen nog meer gezondheidsdata genereren. De volgende uitdaging bestaat erin om die gigabytes aan gezondheidsdata snel en energiezuinig te verwerken. Om bijvoorbeeld genetische data om te zetten naar bruikbare informatie hebben we veel rekenkracht en dataopslag nodig. Onderzoekers van imecs ExaScience Lab ontwikkelden een nieuw softwareplatform dat een DNA-staal analyseert in enkele uren.
Een bijkomende uitdaging is dat medische data afkomstig zijn van verschillende bronnen en daardoor vaak opgesloten blijven in verschillende silo’s. De combinatie van die gegevens kan artsen helpen bij het stellen van een diagnose of kan zelfs voortijdig inzichten opleveren om ziekten te voorkomen. Artificiële intelligentie wordt nauwkeuriger als het getraind wordt met meer data. Door medische data uit verschillende bronnen samen te brengen en te interpreteren, kunnen levensreddende inzichten vergaard worden. Omwille van praktische, commerciële, of juridische redenen zijn actoren uit de zorgsector echter terughoudend om hun gegevens te delen, waardoor de data opgesloten blijven in silo’s. Imec werkt aan digitale oplossingen om die silo’s op een veilige manier toegankelijk te maken. Met een nieuwe techniek die in 2021 werd voorgesteld, worden de gegevens zelf niet gedeeld, maar enkel de informatie over de gegevens die alleen de AI begrijpt. Op die manier kan men algoritmes verbeteren zonder patiëntgevoelige informatie te delen of commerciële belangen te schaden.
In nauwe samenwerking met bedrijven, zorginstellingen en overheden onderzoekt imec nu wat er in Vlaanderen nodig is om medische data op een veilige manier maximaal te ontsluiten voor onderzoek, innovatie en beleid. Om de ontsluiting en valorisatie van data zo kostenefficiënt mogelijk te maken, moeten die gegevens allereerst FAIR zijn: Findable, Accessible, Interoperable en Reusable. Imec is dan ook gestart met het in kaart brengen van de attitudes, praktijken en uitdagingen rond FAIR health data in het Vlaamse zorg- en gezondheidslandschap.

5. Samen de energietransitie vormgeven
Imec en VITO (beide partners in EnergyVille) onderzoeken hoe hernieuwbare energie kan worden omgezet in waardevolle moleculen voor de industrie. Een eerste concreet voorbeeld daarvan is de productie van waterstof door elektrolyse. De expertise van imec op vlak van vastestofelektrolyten, elektrodeoppervlakken en nanotechnologie wordt hier samengebracht met die van VITO rond membranen. Imec heeft onder meer een nanomesh ontwikkeld, een superklein materiaal dat het elektrolyse-proces veel efficiënter kan maken.
Om de ontwikkeling van het nanomesh op te schalen en de impact van deze innovatie in Vlaanderen te maximaliseren, werd vorig jaar Hyve opgericht. Vier Belgische industriële spelers (Bekaert, Colruyt Group, DEME en John Cockerill) investeren in de doorontwikkeling van de technologie, zodat ze die sneller kunnen inzetten voor uiteenlopende toepassingen. Samen met zijn Vlaamse partners maakt imec op die manier de introductie van groene waterstof in de volledige waardeketen mogelijk, en bijgevolg een versnelde decarbonisatie van de industrie en het zwaar transport.

6. De ecologische voetafdruk van de halfgeleiderindustrie helpen verkleinen
De afgelopen jaren heeft de introductie van steeds kleinere, krachtigere en energiezuinigere chips ervoor gezorgd dat slimme apparaten een pak duurzamer zijn geworden. Maar laten we wel wezen: de productie van die chips heeft zelf ook een grote ecologische voetafdruk. En daar wil imec verandering in brengen.
Tijdens de gerenommeerde wetenschappelijke conferentie IEDM in december 2020 stelde imec een nieuwe metriek voor die het energieverbruik, waterverbruik en de broeikasgasemissies van huidige en toekomstige chiptechnologie beter kan inschatten. Dat onderzoek kreeg veel weerklank, waarna imec vorig jaar besloten heeft om het op grotere schaal verder te zetten, met meer middelen, door meer technologieën te betrekken en vooral ook door partnerships te zoeken met de sector om het te ondersteunen.
Apple trad als eerste publieke partner toe tot imecs nieuwe Sustainable Semiconductor Technologies & Systems (SSTS) programma. Het nieuwe onderzoeksprogramma combineert imecs inzichten in infrastructuur, technologie en machines en informeert de deelnemende bedrijven over de milieu-impact van bepaalde keuzes tijdens de ontwerpfase van chiptechnologie. Zij kunnen vervolgens met die inzichten aan de slag om hun ecologische voetafdruk te verkleinen.
7. Voedingsbodem voor beloftevolle deeptechbedrijven
De weg van een briljant idee naar een product ligt bezaaid met vele obstakels. Ondernemers hebben zowel een geavanceerde infrastructuur, de juiste expertise als groeikapitaal nodig. Om die ingrediënten samen te brengen en een voedingsbodem voor toekomstige Vlaamse bedrijven te creëren, heeft imec zijn venturing-programma aanzienlijk versterkt.
Het eerste voorbeeld is imec.istart, het acceleratorprogramma voor start-ups. Het imec.istart Fund trok in 2021 een aantal nieuwe partners aan en kreeg een forse kapitaalinjectie. Dat laat imec.istart toe om meer te investeren in beloftevolle start-ups en om ondernemers nog beter te omkaderen. Het imec.istart Fund werd bovendien omgevormd tot een evergreen fonds, waardoor de opbrengsten uit succesvolle exits opnieuw kunnen worden geïnvesteerd in een nieuwe generatie start-ups.
Het tweede voorbeeld is imec.xpand, een onafhankelijk beheerd durfkapitaalfonds dat investeringen in deep tech koppelt aan de unieke infrastructuur en expertise die bij imec aanwezig is. Imec.xpand creëert een hefboom tot het aantrekken van privaat durfkapitaal. Die strategie werpt steeds meer zijn vruchten af, zo bleek vorig jaar.
Twee jaar geleden ontwikkelden onderzoekers van imec en UGent een prototype van een contactlens die de menselijke iris kan nabootsen. In 2021 kwam uit dit onderzoek de nieuwe spin-off Azalea Vision voort. Azalea haalde meteen 8 miljoen euro op om de slimme contactlens verder te ontwikkelen en beschikbaar te maken voor mensen met oogafwijkingen.
De voorbij jaren heeft imec ook belangrijke doorbraken gerealiseerd om het energieverbruik van artificiële intelligentie te verminderen via aangepaste circuits en nieuwe architecturen. Vorig jaar zag Axelera AI het levenslicht. De nieuwe start-up haalde 12 miljoen euro op om een energie-efficiënte chip voor edge-AI-toepassingen te ontwikkelen.
Een aantal spin-offs die al enkele jaren geleden werden opgericht, slaagden erin om in 2021 hun succesverhaal voort te zetten. Zo haalde Pulsify Medical 5.4 miljoen euro op om een ultrasone pleister te ontwikkelen die het hart kan monitoren. Een andere spin-off van imec, MICLEDI Microdisplays, zette onlangs een belangrijke stap richting de productie van MicroLED-beeldschermen voor de volgende generatie Augmented Reality-brillen. Ook Spectricity is klaar om de wereld te veroveren, nadat het vorige zomer 14 miljoen euro ophaalde voor de ontwikkeling van een hyperspectrale smartphonesensor.

De hyperspectrale camera van imec-spin-off Spectricity kan geïntegreerd worden in wearables, smartphones en ‘Internet of Things’-toestellen.
8. Groeiende economische en maatschappelijke impact in Vlaanderen
Imecs rol als innovatiemotor voor de ontwikkeling van spin-offs en kennistransfer via start-ups sterk neemt sterk toe en daardoor stijgt ook de economische impact die het onderzoekscentrum in Vlaanderen genereert. Uit een studie van het onafhankelijk onderzoeksbureau Idea-consult bleek dat tussen 2016 en 2020 voor 408 miljoen euro extern kapitaal werd aangetrokken, waarvan 113 miljoen van buitenlandse investeerders.
Voor iedere euro die de Vlaamse overheid in het onderzoekscentrum investeert, realiseerde imec in 2019 en 2020 een toegevoegde waarde van zeven euro in Vlaanderen en vloeide 3,7 euro terug via de belastingen. Voor elk miljoen euro die de Vlaamse overheid in imec geïnvesteerd heeft, werden 90 jobs gecreëerd (23 bij imec en 67 elders in Vlaanderen). Door de focus op systeeminnovatie in imecs groeistrategie zal de economische impact in Vlaanderen naar verwachting nog verder toenemen.
Daarbovenop komt de enorme maatschappelijke en katalytische impact die moeilijker in cijfers is uit te drukken. Het onderzoek rond proeftuinprojecten en City of Things dat bij de start van het vorige convenant met imec werd ingeschreven, heeft veel in beweging gezet en is uitgegroeid tot een maatschappelijke incubator voor digitale transformatie in Vlaanderen. Imec ondersteunt de Vlaamse overheden bij de aanpak van de grote uitdagingen die op ons afkomen (zogenaamde ‘wicked problems’): hoe maken we onze steden aangenamer en gezonder? Hoe kunnen we ervoor zorgen dat Vlaamse bedrijven opnieuw competitief worden in de data-economie? Hoe kunnen we de mobiliteitsknoop ontwarren en logistieke processen slimmer organiseren?
9. Onderwijs op maat mogelijk maken
Vlaanderen is een kenniseconomie. We zijn het dus aan onszelf verplicht om de kwaliteit van ons onderwijs hoog te houden, maar het tekort aan gekwalificeerde leerkrachten wordt een steeds groter probleem. Technologie kan de leerkracht niet vervangen, maar wel ondersteunen.
Binnen het i-Learn-programma onderzoekt imec hoe educatieve technologie kan ingezet worden om leerprocessen op maat te ontwikkelen. Dit schooljaar gingen 112 Vlaamse lagere en secundaire scholen aan de slag met het online portaal i-Learn MyWay. Het gratis portaal bundelt verschillende digitale, educatieve tools voor leertrajecten op maat van de leerling. Via de i-Learn Academy krijgen leerkrachten de nodige opleiding en begeleiding om de hulpmiddelen op een efficiënte manier in te zetten.
Het project wordt uitgevoerd door itec, een imec-onderzoeksgroep aan KU Leuven, en kan rekenen op de ondersteuning van Brightlab en IDLab, een imec-onderzoeksgroep aan de UGent en UAntwerpen. De financiële middelen werden aangeleverd dankzij de steun van VLAIO.

10. De weg naar een vlotter, duurzamer en veiliger verkeer onderzoeken
Uit onderzoek, zoals de Smart City Meter, blijkt dat Vlamingen mobiliteit als een domein zien waarbinnen digitale technologie een groot potentieel heeft om hun leven te verbeteren. Zo geloven Vlamingen sterk in de mogelijkheden van intelligente verkeerslichten en geconnecteerde mobiliteit.
Het voorbije jaar heeft imec, binnen het Mobilidata-programma van de Vlaamse overheid, de fundamenten gelegd om de uitrol van deze technologie mogelijk te maken. Mobilidata onderzoekt hoe de uitwisseling van data – tussen weggebruikers onderling en tussen weggebruikers en weginfrastructuur – het verkeer vlotter, veiliger en duurzamer kunnen maken. Door die data samen te brengen en real-time beschikbaar te stellen, kunnen private partners ermee aan de slag om slimme mobiliteitsoplossingen te realiseren. Eind vorig jaar is een consortium onder leiding van Be-Mobile gestart met de uitwerking van 31 innovatieve verkeerstoepassingen.
We staan ook aan de start van de uitrol van zo’n 250 intelligente verkeerslichten (iVRI’s) in Vlaanderen. Op een aantal plaatsen zijn de voorbereidende werken al aan de gang om ‘gewone’ verkeerslichten om te bouwen tot ‘intelligente’ verkeerslichten zodat zij het verkeer op een dynamische manier kunnen aansturen en bijvoorbeeld automatisch groen licht kunnen geven aan de hulpdiensten.
Imec onderzoekt binnen het Mobilidata-programma hoe dergelijke verkeersoplossingen ook kunnen ingezet worden voor fietsers, voetgangers en weggebruikers met extra noden, zoals ouderen en blinden. Zo werd, samen met blindenorganisaties, vorig jaar een prototype voor een ‘Mobiele rateltikker’ ontwikkeld. Die applicatie, die inhaakt op de technologie van intelligente verkeerslichten, zal blinden en slechtzienden helpen om veilig de weg over te steken.

Meer lezen?
Ontdek hoe imec-CEO Luc Van den hove terugblikt op het voorbije jaar: Een zoektocht naar nieuwe evenwichten ... te midden van een tekort aan microchips
Ontdek hier de visie van de CEO: Een vooruitblik op 2022: versterk – en verbind – de regionale sterktes
Gepubliceerd op:
7 januari 2022