Nijmeijer is 23 jaar hoogleraar Dynamics and Control bij de faculteit Mechanical Engineering geweest, maar van oorsprong is hij een wiskundige. “Eigenlijk wilde ik scheikunde studeren, maar daar lagen de banen toen niet voor het oprapen”, glimlacht de emeritus hoogleraar. Na zijn masteropleiding wiskunde in Groningen promoveerde hij aldaar met zijn onderzoek dat hij uitvoerde bij het Centrum voor Wiskunde (CWI) in Amsterdam. “Het was nog steeds wiskunde, maar ik was toen al bezig met regeltechnieksystemen, in feite mijn huidige vakgebied.” Na zijn promoveren is hij aangesteld bij de Faculteit  Toegepaste Wiskunde van Universiteit Twente en ging hij steeds meer samenwerken met de technische afdelingen zoals elektrotechniek en werktuigbouwkunde.

In 1997 ging hij aan de TU/e aan de slag als deeltijdhoogleraar bij de regeltechniekgroep binnen werktuigbouwkunde, ter ondersteuning op het gebied van de fundamentele kant. “Dat paste naadloos.” Na drie jaar pendelen tussen Twente en Eindhoven werd hij gevraagd om fulltime bij de TU/e te komen werken en is hij naar Eindhoven verhuisd. Wederom met een glimlach: “Ik heb blijkbaar iets goeds gedaan.” Op de TU/e heeft hij direct een nieuwe vakgroep opgericht: Dynamics and Control. “Dat representeert mijn achtergrond. Wiskunde speelt in dit onderzoeksgebied nog steeds een grote rol.” Hij toont een proefschrift op zijn bureau ter demonstratie. “Het is vol met wiskunde, vergelijkingen en modellen.”

Toch was voor hem, als iemand met een theoretische achtergrond, de overstap naar het lab best een grote stap. “Ik probeerde natuurlijk om bij iedere student en promovendus experimenteel werk aan het onderzoek te verbinden, maar dat was ook voor mij persoonlijk aan het begin een grote uitdaging”, geeft hij toe. Het was enigszins confronterend om ineens in een lab rond te lopen met robots en allerlei opstellingen. “Het heeft een tijdje gekost om daaraan te wennen. Het begin was best spannend.”

Geautomatiseerd versus autonoom rijden

Samen met een aantal andere docenten kwam hij snel tot de conclusie dat je bij de faculteit ME een automotive-track moet lanceren in het mastercurriculum. Vanaf het begin was het duidelijk dat de track breder moest zijn dan werktuigbouwkunde zelf. “Een auto zit vol met elektronica, dus je hebt er ook andere disciplines bij nodig”, licht hij toe. Uiteindelijk heeft het gezamenlijk initiatief geleid tot een complete Automotive Technology (AT) opleiding met een bachelortrack, masterprogramma en EngD-programma. Er zijn docenten van Computer Science, Electrical Engineering en Industrial Engineering bij betrokken, wat het een heel multidisciplinair programma maakt.

Nijmeijer was ook programmaleider van Integrated Cooperative and Automated Vehicles, een NWO-Perspectief programma dat in 2016 is opgestart. In het kader van het programma waren meer dan twintig jonge onderzoekers bezig met de technologische uitdagingen met betrekking tot de doorstroming en veiligheid van geautomatiseerd en coöperatief rijden.

‘Geautomatiseerd’ is overigens iets heel anders dan ‘autonoom’ rijden, benadrukt Nijmeijer. “Autonoom slaat voor mij op volledig zelfrijdende voertuigen die altijd en overal kunnen rijden. Zoals ik op voorhand al heb gezegd - en dat kan ik nu alleen maar bevestigen – geloof ik er helemaal niet in.” Voertuigen zonder bestuurder zouden volgens hem enkel met zekere restricties en onder bepaalde omstandigheden kunnen rijden, zoals op een busbaan. “Als je in een willekeurige stad rondrijdt, dan worden de verkeersregels niet gevolgd en rijdt er van alles door elkaar. Een autonoom voertuig erdoorheen laten rijden zou betekenen dat hij dan waarschijnlijk toch alleen maar stilstaat”, legt de automotive-expert uit. Met een knipoog: “En als die gaat rijden, zorg dan dat je weg bent.”

Volgens Nijmeijer is het dan ook alleen maar goed dat de hype rondom zelfrijdende auto’s inmiddels wat weggezakt is en het is maar de vraag of het nog überhaupt gaat gebeuren. “Het zal onze tijd wel duren. Misschien komt het tegen de tijd dat ik overleden ben, maar veel eerder zal het niet zijn.”

Coöperatief rijden

Veel meer realistische mogelijkheden liggen er volgens hem op het gebied van coöperatief rijden. De zogenaamde Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC), opvolger van Adaptive Cruise Control, houdt in dat voertuigen dankzij een draadloze verbinding met elkaar kunnen communiceren. Hierdoor kun je auto’s veel dichter op elkaar laten rijden, met behoud van de veiligheid. Dat zorgt voor meer rijcomfort, een betere doorstroming en minder brandstofverbruik. “Het is een hele interessante tak van sport en wij zijn er in Eindhoven heel goed in.”

Coöperatief rijden is qua kostenplaatje wel een heel ander verhaal en heeft hierdoor een betere kans van slagen, gelooft hij. “Je hoeft niet het hele voertuig te veranderen, maar alleen een soort van wifi-protocol tussen de voertuigen te creëren, een draadloze verbinding waardoor ze met elkaar kunnen communiceren”, legt hij uit. “Maar het werkt dus alleen maar als je voorganger het ook heeft, anders heb je er niets aan.”

“Een paar jaar geleden hebben we een Europees project gedaan met partners zoals Ericsson en KPN om te kijken of je de communicatie tussen de voertuigen via je smartphone zou kunnen laten lopen”, vervolgt hij. Dat zou een volgende stap kunnen betekenen. “Dat is makkelijker, want dan hoef je geen extra kastje in de auto te bouwen. Tegelijkertijd wordt de project ownership wat ingewikkelder, dus de businesscase is nog steeds in ontwikkeling.”

Wat op korte termijn wel zou kunnen, is het toepassen van deze technologie bij vrachtverkeer. Zo zou je vrachtwagens kunnen laten rijden in een soort van treintje achter elkaar, met veel kleinere volgafstanden dan normaal. “Wel op de linkerbaan, want anders krijg je een probleem met invoegende auto’s. En bij voorkeur ’s nachts, want dan is er minder verkeer”, licht Nijmeijer toe. Als zoiets ingevoerd wordt, is het wenselijk dat het op Europees niveau gebeurt, benadrukt hij. “Anders gaat het niet zoveel opleveren.” Er worden op dit moment stappen gezet en het wordt getest. “Ik ben een beetje voorzichtig, maar ik denk dat het binnen vijf of tien jaar zou kunnen gebeuren.”

Instituten

Nijmeijer vindt multidisciplinaire samenwerking enorm belangrijk. Hij is er zelfs van overtuigd dat de belangrijkste ontdekkingen in de komende decennia zich op de grensgebieden zullen bevinden. “De vraag is of je er per se instituten voor nodig hebt”, stelt hij. De emeritus hoogleraar windt er geen doekjes om dat hij persoonlijk geen fan is van instituten. “Je kunt je altijd afvragen of ze van toegevoegde waarde zijn. Ook nu, hier op de TU/e, is het de vraag.”

Zo vindt hij het EAISI (instituut voor kunstmatige intelligentie) geen overtuigend instituut. “Als bijna alle faculteiten bij een instituut zijn aangesloten en iedereen met iedereen samenwerkt, zoals bij het EAISI, dan vraag ik me af of het zinvol is”, betoogt hij. “Als je al instituten hebt, dan moet het iets heel sterks uitstralen en er moet een zekere exclusiviteit aan verbonden zijn. ICMS is daar een goed voorbeeld van, maar bij EAISI twijfel ik eraan.”

Nijmeijer heeft wel vaker - ook tijdens zijn afscheidscollege - een pleidooi gevoerd voor het oprichten van een automotive center. “We hebben hier op de TU/e ontzettend goede automotive-opleidingen, dus het zou goed zijn om er meer zichtbaarheid aan te geven”, vindt hij. “Officieel valt dat onder EAISI, maar dat vind ik een veel te breed conglomeraat, terwijl automotive een heel specifiek onderzoeksgebied is.”

Soft robotics

Zijn samenwerking binnen het ICMS op het gebied van Soft robotics noemt Nijmeijer wel “heel waardevol”. In 2018 heeft hij samen met een aantal collega’s ook een 4 TU-programma op het gebied van Soft robotics opgezet. “Veel robotica zijn pick-and-place-machines in fabrieken, daar komt geen mens in de buurt. Maar op het moment dat de robot gebruikt wordt om mensen te helpen, kan dat best gevaarlijk zijn. Voor je het weet komt die zware robotarm tegen je aan”, legt hij uit. Soft robotics houdt zich bezig met de vraag hoe je robots mechanisch flexibeler en zachter kunt maken. Dit is essentieel om een veilige interactie tussen mensen en robots mogelijk te maken. “Het is ontzettend belangrijk, want zo kun je robots dichter bij de mens brengen.”

Hiervoor is het nodig om materialen aan te passen en nieuwe, minder stugge materialen te ontwikkelen. Het ontwerpen van zachte materialen is een van de onderzoeksgebieden binnen het ICMS, wat Nijmeijers band met het instituut illustreert. Het gebruik van deze nieuwe materialen kan echter betekenen dat de nauwkeurigheid van de robots achteruitgaat. Nijmeijer: “Vanuit mijn eigen onderzoeksgebied ga ik dan kijken: als de robots flexibel zijn, hoe ga je ze modelleren en zorgen dat je een bepaalde precisie haalt die voldoende is.”

Synchronisatie

Tot andere belangrijke interessegebieden in Nijmeijers werk behoort synchronisatie, het fenomeen waarbij twee systemen hetzelfde gedrag of identieke dynamica vertonen. “Het interessante aan synchronisatie is dat we dit zien bij processen en machines, maar ook in de natuur bij dieren. Bekende voorbeelden hiervan zijn het synchroonzwemmen van een school vissen of een zwerm vogels die in een volmaakte V-vorm vliegt. Wat we willen weten is: hoe komt dat?” De vraagstelling is simpel, maar des te moeilijker is het om de talloze voorbeelden van dit verschijnsel wetenschappelijk te verklaren.

Het fenomeen van synchronisatie werd voor het eerst beschreven door de Nederlandse wetenschapper Christiaan Huygens, waar Nijmeijer een groot bewonderaar van is. In 1665 ontdekte hij dat twee slingeruurwerken die naast elkaar aan dezelfde houten balk hangen, uiteindelijk synchroon gaan lopen, onafhankelijk van de beginstand. Door gebrek aan de nodige wetenschappelijke kennis kon Huygens dat destijds niet aantonen, maar hij vermoedde dat de balk als een medium tussen de uurwerken functioneerde en dat de synchronisatie tot stand kwam via de trillingen in de balk.

In 2016 heeft Nijmeijer samen met een aantal Mexicaanse collega’s een studie uitgevoerd over dit effect dat nu bekendstaat onder de naam ‘Huygens synchronisation’. Hiervoor hebben ze een experiment uitgevoerd met twee speciaal daarvoor ontworpen, identieke uurwerken die ze naast elkaar hebben geplaatst op een houten tafel. De slingers zijn in tegenovergestelde richting in beweging gebracht, maar binnen dertig minuten oscilleerden ze synchroon, maar met een iets lagere frequentie. De uurwerken bleven vanaf dat moment synchroon heen en weer te bewegen. Met de analyse die de wetenschappers vervolgens hebben uitgevoerd, hebben ze aangetoond dat Huygens gelijk had en dat de 350 jaar oude verklaring klopte.

Geregeld dynamisch

Toen Nijmeijer 23 jaar geleden tot hoogleraar werd benoemd, was de titel van zijn inauguratiespeech ‘Dynamisch geregeld’, verwijzend naar de nieuwe groep Dynamics and Control die hij op de TU/e destijds heeft opgericht. Zijn afscheidscollege had de titel ‘Geregeld dynamisch’ moeten dragen, ware het niet dat het college in het Engels gegeven moest worden. Daar had Nijmeijer niet op gerekend, toen hij deze titel jaren geleden bedacht. In het Nederlands is het nog steeds de perfecte titel, gelooft hij, want het verwijst naar hoe zijn interesse in verschillende onderzoeksgebieden door de jaren heen veranderde, maar het geeft ook aan dat hij na zijn afscheidscollege geen volledig afscheid van dynamica gaat nemen. Ook na zijn emeritaat is hij van plan om ‘geregeld dynamisch’ te blijven.

Henk Nijmeijer (1955) behaalde zijn masterdiploma (1979) en promoveerde (1983) in wiskunde, beide aan de Rijksuniversiteit Groningen. Hij was verbonden aan het CWI in Amsterdam (1980-1983) en de faculteit Toegepaste Wiskunde van de Universiteit Twente (1983-2000). In 2000 werd hij op de TU/e tot hoogleraar benoemd. Hij was de Graduate Program Director van het TU/e-programma Automotive Systems in de periode 2016-2021. Sinds januari 2015 is hij tevens wetenschappelijk directeur van het Dutch Institute of Systems and Control (DISC) en is hij voorzitter van de Dutch Mechanical Engineering Council. Hij is kernlid van het ICMS met het aandachtsgebied 'complexiteit'.