Zoek in de site...

IRP vouchers uitgereikt aan 12 interdisciplinaire onderzoeksprojecten

Datum bericht: 29 juni 2022

Twaalf onderzoeksteams van de Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica ontvingen elk een voucher van 50.000 euro om aan de slag te gaan met een interdisciplinair onderzoeksproject op het gebied van Green Information Technology, Machine Learning in the Natural Sciences of Experimental Laboratories in Life Sciences. De projectteams ontvangen dit bedrag in het kader van de facultaire voucherregeling van het Interdisciplinary Research Platform (IRP). De IRP-vouchers geven onderzoekers van de faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica de kans om een pilotproject op te zetten met onderzoekers van andere onderzoeksinstituten binnen de faculteit en met externe samenwerkingspartners.

bb_2806_2022_20

Interdisciplinaire samenwerking

In de eerste vouchercall van het Interdisciplinary Research Platform zijn 23 aanvragen ingediend. Deze zijn door een externe selectiecommissie, bestaande uit Ewa Szymanska (FrieslandCampina), Manfred Opper (TU Berlin, University of Brimingham) en Fred van Leeuwen (NKI, UvA) beoordeeld op vier criteria: Innovatie, consortiumpartners, impact en haalbaarheid. De kwaliteit van de inzendingen was erg hoog, het faculteitsbestuur heeft daarom besloten om dit jaar niet zes, maar twaalf vouchers toe te kennen.

Toekenningen

De IRP vouchers van 2022 werden uitgereikt aan:

  • RNA Sequencing of the neuromuscular junction to evaluate the role of skeletal muscle gene expression in FUS-associated amyotrophic lateral sclerosis (ALS)
    Amyotrofe laterale sclerose (ALS) is de meest voorkomende neurodegeneratieve ziekte die op volwassen leeftijd tot uiting komt. De ziekte eindigt met verlamming en overlijden als gevolg van het dysfunctioneren van de ademhalingsspieren. ALS is ongeneeslijk en er zijn maar twee FDA-goedgekeurde medicijnen, die de levensduur beperkt verlengen en geen invloed hebben op het verloop van de ziekte. Om in de toekomst behandelingen te ontwikkelen die het begin of het verloop van ALS kunnen vertragen, moeten we eerst de moleculaire afwijkingen die leiden tot de pathologie identificeren.
    In dit project zullen we onderzoek doen naar de rol van skeletspieren in de pathogenese van ALS en potentiële therapeutische targets identificeren door het gebruik van innovatieve sub-cellulaire methoden voor RNA sequencing in dit weefsel. Het project zal bijdragen aan een voortdurend debat in dit vakgebied: in welke mate draagt skeletspier bij aan de pathogenese van ALS?
    • Hoofdaanvrager: Anne Wienand
    • Betrokken onderzoeksinstituten: DCN, RIMLS
  • Neuromorphic computational and data science: towards disruptively green computing
    Moderne computersystemen verbruiken enorme hoeveelheden energie, tot wel 7 procent van de huidige wereldwijde energieproductie. Bovendien vergroot het gebruik van machine learning, voornamelijk ‘deep learning’, de vraag voor berekeningen op een tempo dat elke twee á drie maanden verdubbelt. Verschillende toepassingen in de deeltjesfysica en computationele vastestoffysica illustreren bij uitstek de behoefte aan een ingrijpende paradigma verandering in het ontwerp van hardware die moet leiden tot een snellere, zuinigere en schaalbare technologie voor berekeningen. Neuromorfe hardware biedt veel potentie voor zo’n ingrijpende verandering. Met dit project willen we laten zien dat het mogelijk is om computeropdrachten te realiseren die tot nu toe onmogelijk zijn met niet-neuromorfe hardware. Dit doen we door bepaalde natuurkundige berekeningen op standaard digitale hardware te optimaliseren en te vergelijken met dezelfde berekeningen op analoge neuromorfe hardware. Daarnaast zullen we de schaalbaarheid van beide hardware implementaties laten zien en ontdekken in welk regime de neuromorfe hardware disruptieve voordelen biedt voor veel snellere en energiezuinigere wetenschappelijke berekeningen.
    • Hoofdaanvrager: Johan Mentink
    • Betrokken onderzoeksinstituten: IMM en IMAPP
    • Externe partijen: SURF, IBM, Universiteit Twente
  • Machine learning in natural science: bridging the gap between data and understanding
    Machine learning verandert wetenschappelijk onderzoek radicaal, door onze mogelijkheden te vergroten om signalen en correlaties te vinden in de enorme hoeveelheden data die wetenschappelijke waarnemingen en experimenteren tegenwoordig produceren. Een logische volgende stap is om AI in te zetten bij het ontwikkelen van verklaringen waarmee de waargenomen verschijnselen begrepen worden. Maar hierbij komen fundamentele vragen kijken over wat de vereisten voor wetenschappelijk begrip zijn en of AI aan deze vereisten kan voldoen. In ons onderzoeksproject werken filosofen, informatici en natuurkundigen samen om deze vragen te beantwoorden. Dit doen we door te onderzoeken hoe wetenschappelijk begrip in de praktijk wordt vormgegeven en hoe AI-gestuurde wetenschap – met name in de natuurkunde – bij kan dragen aan het bereiken van dit doel.
    • Hoofdaanvrager: Henk de Regt
    • Betrokken onderzoeksinstituten: ISiS, iCIS, IMAPP
  • VOCSENSE: Towards smart soil sensing to expedite the transition to a greener agriculture
    Door de toenemende vraag naar voedselproductie en intensiever gebruik van onze landbouw percelen, wordt bodemgezondheid steeds belangrijker. Helaas heeft deze intensivering, waaronder het gebruik van kunstmest en bestrijdingsmiddelen, invloed op de diversiteit van het bodemleven en daarmee het functioneren van de bodem. ‘Volatile Organic Compounds’ (VOC’s) (NL: vluchtige organische stoffen) worden door het microbiële leven in de bodem uitgestoten en geven de bodem zijn geur. Vroeger roken de boeren aan de bodem om te determineren of de bodem gezond was of niet. Wij willen van dit oude gebruik in een nieuw jasje stoppen. VOC’s zouden een mogelijke parameter kunnen zijn voor het monitoren van biologische bodemgesteldheid. Als bodemcondities veranderen, veranderen daarmee ook de samenstelling van het bodemleven en zijn activiteit. Dit beïnvloedt het bodem VOC-profiel, wat het in potentie een ideale parameter voor bodemgesteldheid maakt. De huidige uitdaging is om de VOC-profielen aan bodemgezondheidsparameters te koppelen, die door boeren gebruikt kunnen worden. Het VOCSENSE team zal onderzoek doen naar de fundamentele relaties tussen bodembiodiversiteit, VOC’s en bodemgezondheidsparameters. Dit is cruciaal om meer inzicht te krijgen in bodem VOC’s en het zet ons een stap dichter bij een nieuwe bodemparameter voor bodemgesteldheid. Het doel is om deze parameter te ontwikkelen speciaal voor boeren, zodat ze ondersteund kunnen worden bij het maken duurzame keuzes omtrent hun bodem.
    • Hoofdaanvrager: Rosa Boone
    • Betrokken onderzoeksinstituten: RIBES, IMM
    • Externe partij: OnePlanet
  • Shining light on the dark matter of cell biology
    De kwantificering van materiaaleigenschappen van intracellulaire condensaten - membraanloze organellen - en andere intracellulaire structuren is één van de grootste uitdagingen van de moderne celbiologie. Het is essentieel om deze eigenschappen te meten aangezien ze verbonden zijn aan verschillende ziektes. Met dit project zullen we de condensaten in levende cellen insluiten en manipuleren om zo een uitgebreide set van materiaaleigenschappen te kunnen meten. We meten onder andere reacties op actieve deformatie, wat relevant is voor het gedrag in de actieve cellulaire omgeving. Het project zal informatiepijplijn opleveren die toegepast kan worden in allerlei verschillende systemen. Wij denken niet alleen aan toepassingen voor andere intracellulaire structuren, maar ook aan toepassingen voor weefsels en organoïden.
    • Hoofdaanvrager: Jorine Eeftens
    • Betrokken onderzoeksinstituten: RIMLS, IMM
  • Essential oils as green pesticides for sustainable agriculture

    Het gebruik van synthetische pesticiden helpt weliswaar om oogstopbrengsten te behouden, maar heeft schadelijke gevolgen voor ecosystemen en de volksgezondheid. Daarom is er dringend behoefte aan alternatieve strategieën voor gewasbescherming. Essentiële oliën (EO), d.w.z. een mengsel van aromatische, vluchtige moleculen verkregen uit plantenmateriaal, zouden een uitstekend alternatief kunnen zijn voor synthetische pesticiden. Ze zijn milieuvriendelijk, biologisch afbreekbaar en hebben een breed werkingsspectrum tegen plantpathogenen, waaronder (water)schimmels. De effectiviteit van EO is vooral te danken aan het activeren van de weerstandsmechanismen in de waardplant. Met valse meeldauwinfectie in de druiventeelt als casestudy beoogt dit project: te begrijpen hoe de immuniteit van planten kan worden geïnduceerd door toepassing van EO, deze kennis te gebruiken om van milieuvriendelijke wijnbouw te ondersteunen en EO-producten te ontwikkelen voor gebruik in het veld.

    • Hoofdaanvrager: Janny Peters
    • Betrokken onderzoeksinstituten: RIBES, IMM
    • Externe partijen: Domein Aldenborgh, Universiteit van Maastricht
  • Towards a chemical self-organizing computer: Mathematical modeling of Marangoni flows
    Het waarnemen van biomoleculaire input in diagnostiek gebeurt met wegwerpapparatuur of met complexe instrumenten die afhankelijk zijn van elektronica. Nieuwe computationele methoden, gericht op de interactie tussen chemische en hardware-eigenschappen, geven de ruimte aan (energie)efficiëntere manieren om moleculaire informatie te verwerken tot een materiële respons. In dit project willen we een autonoom systeem wiskundig modelleren zodat het getraind kan worden om verschillende klassen van complexe, multidimensionale, chemische informatie kan herkennen en zelf-organiserende structuren op een tweedimensionaal substraat kan produceren. Dit model kan de Marangoni stroompatronen voorspellen in een tweedimensionale array van bronnen en ontvangers aangestuurd door geometrische en chemische externe parameters. Door in het systeem machine learning te gebruiken kunnen we de veranderingen in kaart brengen als kwantitatieve informatie over de input, wat de principes van een sensor laat zien.
    • Hoofdaanvrager: Vanja Nikolić
    • Betrokken onderzoeksinstituten: IMAPP, IMM
  • Fast, continuous, and complete estimation of acoustic spectrotemporal sensitivity
    Natuurlijke geluiden bestaan uit samengevoegde spectrale en temporale modulaties en het menselijke gehoorsysteem is afgesteld op zulke dynamisch veranderende complexe geluiden. Traditionele methoden van het meten van gehoorgevoeligheid laten deze geluidsmodulaties buiten beschouwing en richten zich op de hoorbaarheid van een klein aantal gemoduleerde, discrete frequenties, waardoor verminderde spraakherkenning en centrale geluidsverwerkingstoornis niet juist gediagnosticeerd kunnen worden. Voor patiënten van deze stoornissen – vaak kinderen – is een vroege en complete diagnose essentieel, om de behandeling zo vroeg mogelijk te beginnen en de kwaliteit van leven zoveel mogelijk te verbeteren. Daarom zullen we in dit project een snelle, objectieve methode ontwikkelen om de gevoeligheid voor spectrotemporale modulaties van geluid vast te stellen, door psychofysische en machine learning methodes op een nieuwe manier te combineren.
    • Hoofdaanvrager: Snandan Sharma
    • Betrokken onderzoeksinstituten: DCN, iCIS
  • Expanding the molecular toolbox for the detection of active microorganisms in complex communities
    Micro-organismen zijn essentieel om het leven op aarde te behouden en komen praktisch overal voor. Maar slechts een fractie van hen is in een metabolische actieve status. Daarom spelen er in microbiologisch onderzoek behalve de vraag ‘wie is er?’ ook grote vragen als ‘wie zijn er metabolisch actief?’ en ‘wat doen ze?’. Het kan een uitdaging zijn om actieve en inactieve cellen te onderscheiden in een populatie, en nog een grotere uitdaging om functie te verbinden aan identiteit, bij een gebrek aan geïsoleerde organismen. Daarom zal dit project veelbelovende klikbare bouwstenen of substraten identificeren en ontwikkelen om de moleculaire gereedschapskist uit te breiden voor (milieu)microbiologen. We zullen de nieuwe activiteitsgestuurde labelingsmethoden inzetten om de rol van individuele micro-organismen op te helderen in het verwijderen van stikstof uit ons water, om uiteindelijk onze gezondheid en omgeving te kunnen beschermen.
    • Hoofdaanvrager: Sebastian Lücker
    • Betrokken onderzoeksinstituten: RIBES, IMM
  • Hydrazine production from wastewater using the hydrazine synthase enzyme from anammox bacteria and a novel stomatocyte compartementalization strategy
    Grootschalige antropogene input van stikstof (i.e. ammoniak) in de omgeving heeft geleid tot eutrofiëring van water, bijgedragen aan de opwarming van de aarde, en geleid tot een verstoorde globale stikstofcyclus. De EU heeft daarom steeds strengere richtlijnen ingesteld om de uitstoot van stikstof in de omgeving te beperken. Deze strengere uitstootregels worden ook toegepast op afvalwaterzuiveringsinstallaties. Anammoxbacteriën kunnen ammoniak omzetten naar onschadelijk stikstofgas en daarmee stikstof verwijderen uit natuurlijke en kunstmatige ecosystemen en de verstoorde stikstofcyclus in evenwicht brengen. Tegelijkertijd produceren ze hydrazine – een kostbaar commercieel product dat onder andere gebruikt wordt als schuimmiddel, antioxidant, en raketbrandstof – als een metabool tussenproduct. In dit project gaan we het hydrazine-producerende enzym van anammoxbacteriën verpakken in, en activeren met, een recent ontwikkelde stomatocyt compartimentalisatiestrategie, wat kan leiden tot een nieuwe groene biologische hydrazine productietechnologie uit ammoniak bevattend afvalwater.
    • Hoofdaanvrager: Laura van Niftrik
    • Betrokken onderzoeksinstituten: RIBES, IMM
    • Externe partij: Paques
  • Scent of killer: do malaria parasites produce and sense organic volatile compounds?
    Er wordt al decennia geprobeerd om malaria uit te bannen, maar helaas is malaria nog steeds een van de meest dodelijke infectieziektes op de wereld. Malaria wordt veroorzaakt door eencellige eukaryote parasieten met een complexe levenscyclus. Communicatie tussen de parasieten en tussen de parasiet en de gastheer kan gebruikt worden voor zowel interventie- als diagnosedoeleinden. Slechts een aantal van de moleculen die hier bij betrokken zijn, zijn tot nu toe geïdentificeerd. Dit project kijkt naar de relevantie van vluchtige stoffen in de biologie van de malariaparasiet: beinvloeden vluchtige stoffen de groei, ontwikkeling of genexpressie van parasieten? Een geslaagd project kan leiden tot nieuwe mogelijkheden voor de ontwikkeling van diagnoseapparatuur voor malaria op basis van ademanalyse.
    • Hoofdaanvrager: Richard Bartfai
    • Betrokken onderzoeksinstituten: RIMLS, IMM
    • Externe partijen: TropIQ, Radboudumc
  • Predictive maintenance on the Dutch power grid using automated partial discharge detection
    Het onderhouden van het elektriciteitsnet is essentieel in het voorkomen van stroomuitval en is van groot belang voor zowel de maatschappij als de economie. Netbeheerders gebruiken gerichte meetapparatuur genaamd ‘smart cable guards’ om realtime informatie over het stroomnet te krijgen. Specifieke patronen van gedeeltelijke ontlading gaan vooraf aan uitval in kabelverbindingen en de slimme kabelbeschermer wordt gebruikt om deze uitvallen te lokaliseren en te voorkomen. Het interpreteren van zulke gedeeltelijke ontlading is tijdrovend werk. Eenvoudige wiskundige modellen die gebruikt worden voor de automatische waarneming van gedeeltelijk ontladingspatronen zijn onbetrouwbaar, missen vaak patronen of geven valse positieven. Dit project zal laten zien hoe convolutional neural networks de waarneming en lokalisering van gedeeltelijk ontladingspatronen enorm kunnen verbeteren ten opzichte van de huidige waarnemingsmethode. Hiermee ontwikkelen we een nieuwe use case voor voorspellend onderhoud van elektriciteitsnetten.
    • Hoofdaanvrager: Roel Bouman
    • Betrokken onderzoeksinstituten: iCIS, IMAPP
    • Externe partijen: Alliander, Kenter

Meer informatie