ENGINEERINGNET.BE - "Nu de vraag explodeert, zullen we technische profielen aantrekken”, zegt Christophe Servais (37), medeoprichter, CTO en uitvinder van de ‘vlinderkooi’.
Servais vind je niet op LinkedIn of sociale media. Dat we hem op het spoor kwamen, verwondert hem dan ook. Temeer omdat niet hij, maar zijn kompaan -Sebastien Assouad, CEO- het gezicht van het bedrijf is. “Al aan de universiteit moest ik alle informatie over mijn onderzoek zorgvuldig filteren. We moesten onze IP beschermen.
Later legde APO-GEE octrooi neer ‘zonder teveel kennis bloot te geven. We waren gelukkig goed omringd.” Vooralsnog zijn Servais en Assouad de enige werknemers van de start-up die vanuit de co-working ruimte van IGNITY (het vroegere WSL) op het wetenschapspark van Seraing, aan de slag zijn naast twee stagiaires. Binnenkort komen twee nieuwe medewerkers hen vervoegen.
Wiskundige geest
“Ik had het geluk abstract en wiskundig te kunnen denken”, zegt Servais, die op tien minuten van daar, in Esneux opgroeide. Nauwelijks een jaar of 4 of 5 oud wist hij het al: “Ik word ingenieur.” Zijn vader stopte hem strips van Robbedoes en Piet Kwabbernoot in de handen. “Ik kon nog niet lezen maar was helemaal weg van de uitvindingen van de geniale graaf van Rommelgem.” Zodra hij kon lezen, kreeg hij Jules Verne voorgeschoteld. Kapitein Nemo was zijn held. Maar ook Jacques-Yves Cousteau, de marine bioloog. Later volgden SF-auteurs George Orwell, Arthur C.Clarke, Ray Bradbury, Philip K. Dick,… “Sindsdien zat ik op die roetsjbaan. Het was ingenieur of niks. Ik had geen plan B.”
Hij studeerde ingenieur mechanica aan de universiteit van Luik. Pas in het laatste jaar -2010- botste hij “per toeval een beetje” op wat zijn dada zou worden. Voor zijn thesis vond hij niks op de voorgestelde lijst van onderwerpen. Op de hoek van het bureau van de prof lag echter een briefje. “Enkele ruimtevaartbedrijven hadden hem een probleem voorgelegd: de kooi-instabiliteit van kogellagers deed verschillende ruimtemissies falen. Ik zag daar wel een uitdaging in.”
Toen hij de eerste documentatie ophaalde, sloeg de schrik hem om het hart. “De NASA kende het probleem al in de jaren 60 en vond er maar geen oplossing voor. Als die het niet kon, hoe zou ik het dan kunnen?” Hij werkte meer dan een jaar aan zijn thesis. “Ik stippelde een pad uit, een model om een begin van antwoord te vinden over de aard van het probleem.” Dat effende de weg om het werk verder te zetten met een doctoraat.
Turbopompen van raketmotoren
In 2012 woonde Servais een ESA-conferentie bij waar gewezen werd op de kernproblemen in de ruimtevaart. Als eerste punt werd kooi-instabiliteit genoemd. “Toen pas besefte ik écht hoe erg het wel was.” Kogellagers in de turbopompen van raketmotoren zijn cruciale componenten. Die pompen verzetten de cryogene brandstof, lopen heel snel en zonder smeermiddelen. Ze overleven nauwelijks enkele minuten. Maar ze moeten dat dan wel doen. Servais bestudeerde experimentele data van Ariane-kogellagers: temperatuur, belasting, versnellingen,.… “Ik kon mijn kennis toetsen aan de realiteit.”
Servais kwam tot de conclusie dat de kooi van de kogellager niet te karakteriseren viel. Hij wijst naar Leonardo da Vinci, die eind de 15e eeuw een kogellager beschreef voor zijn helikopterproject. “Hij zou de huidige kogellagers nog steeds herkennen.” Maar wie heeft ooit écht uitgezocht hoe een kogellager beweegt en hoe de bol in een kooi evolueert? De evolutie van de balvormige kogels bij hoge snelheid was nog niet beschreven.
“Van de kooi schoof ik dus naar het rollen van de balvormige kogels. Het is zeer complex. Bij hoge snelheid bewegen die zowat als een bowling ball. Er is een rollende beweging -rolling, een glijden (slipping) en een pivoteren. Al deze elementen zorgen voor ‘spinning’ maar die term is ambigu.” Hij besefte al gauw dat de kinematica, hoe de ballen rollen, inefficiënt was en de oorzaak van de meeste problemen met kogellagers. “Je kon klassieke Newton-krachten niet gebruiken om inzicht te krijgen. Het moest anders. Ik ontwikkelde die techniek.” Zijn thesis, met focus op balvormige kogels, verdedigde hij in 2015.
Zijn onderzoeksresultaten interesseerden de ESA
“We zetten in 2018 een project op voor ESA’s GSTP (General Support Technology Programme) dat door Belspo gefinancierd werd.” Het project zou kooi-instabiliteit onderzoeken en een model ontwikkelen dat de experimentele resultaten kon vatten. Servais ontwikkelde aan de universiteit een numeriek model voor het evalueren van kogellagers.
Sindsdien kon hij voortwerken op de kooi met een focus op satellieten. Daar is het instabiliteitsprobleem even extreem als bij cryogene turbopompen van raketmotoren. Kogellagers in de toepassing van reactiewielen en gyroscopen leven veel langer “maar het fenomeen is in wezen hetzelfde.” Een voorbeeld: in 2009 werden onverwachte microtrillingen vastgesteld in de Rosetta en Cassini sondes. Ze ontstonden in de reactiewielen. Door de trillingen van de kooi kon de satelliet zich niet correct oriënteren.
Spin-off maar zonder deelname van de Univ
“Ik ambieerde geen academische loopbaan. Ik wou mijn werk verderzetten, ongeacht de vorm waarbinnen dat zou gebeuren.” Begin 2022 zette hij zelf een bedrijf op: APO-GEE Engineering. “Een spin-off maar zonder deelname van de univ”, verduidelijkt Servais. “In samenwerking met RISE en GESVAL, de technologietransfer-departementen van de universiteit, bereikte APO-GEE een akkoord over de IP.” Tijdens Covid had dat heel wat voeten in de aarde. Hij ontmoette zijn partner Sebastien Assouad. “Ik besefte dat ik niet het profiel had om een bedrijf te leiden. Ik had nog nooit iemand onder mij gehad. Ik was geen manager. Sebastien vult die leemtes in.”
De focus lag op ruimtevaarttoepassingen
Met een eerste ESA-contract leverden ze engineeringdiensten. Later volgden er ook contracten met prime contractors. Ondertussen ontwikkelde Servais eigen instrumenten die de dynamica van kogels en kooi in moeilijke omstandigheden diagnosticeert. Zo is er sinds 2023 de ROSE (rolling element bearing and separator dynamics) software. Vorig jaar is APO-GEE geselecteerd voor een Phase 1 project binnen de ESA Spark Funding open call. APO-GEE loste o.a. de kooi-instabiliteit op van de gyroscoop van Veoware (Zie EN172).
Begin 2024 legde Servais het octrooi neer van de ‘butterfly cage’ -de vlinderkooi- die de kooi-instabiliteit in alle omstandigheden moet voorkomen. Hij toont ons een grotere kooi gemaakt uit een composiet van fenolhars en katoenvezels. Voordeel: ook als de smeermiddelen mettertijd evaporeren, blijft de vlinderkooi werken. “De kooi kan in allerlei materialen.” Hij slijt wanneer één of meerdere bollen een defect hebben of onder hoge belasting komen. “De bollen maken dan verschillende snelheden wat leidt tot de vernietiging van de kooi. Kan men de snelheid van de kogels gelijkstemmen, danis er geen sleet.”
APO-GEE staat voor ‘engineering as-a-service’ maar verkoopt ook de vlinderkooi. “We ontwikkelden eveneens een heel eigen kogellagerconcept voor hogere snelheden, met minder trillingen en minder warmteopbouw.” In deze ‘Cobweb bearing’ -de naam verwijst naar een spinnenweb-grafiek waarin de waarde van verschillende parameters is uitgezet- is de snelheid van de bol in zijn loopbaan veel homogener. “Idealiter hebben alle bollen er dezelfde snelheid.”
“We kunnen de kinematica en de snelheid van elke bol in de kooi meten. Met de kennis van het fysieke gebeuren ontwikkelden we een geometrie van hun loopbanen. Telkens hanteren we dezelfde aanpak: we vertrekken van het fysieke gebeuren om een oplossing te bieden.” De uitdaging: wiskunde alleen kan niet voorspellen wat er in de rollager zal gebeuren. Hij vond een andere methode.
Innovatieparadox
“Ik had informatie die teruggaat tot in de zestigerjaren over hoe een kooi zich in de ruimte gedraagt: symptomen, analyses,… Ik ben minder bekend met de problemen in de industrie maar de kooifenomenen zijn universeel. In de industrie kan je zelfs problemen hebben met kogels die recht uit de doos komen.” Zijn collega Assouad werkt ondertussen op vele markten: pompen, stabilisatoren voor boten, medische wereld, automotive (de kalibratie van turbo’s, bijvoorbeeld).
“We staan op het punt exponentieel te gaan”, zegt Servais. “Onze eerste, grote uitdaging is geloofwaardigheid. We komen uit het niets met een disruptieve oplossing. We kregen dan ook al vaak de deur tegen de neus.” De ‘innovatieparadox’: er moet geïnnoveerd worden maar als het dan toch eens lukt, moeten allerlei tegenkrachten -ongeloof, onwil om te veranderen,…- overwonnen worden. “Af en toe gaf er ons toch iemand een kans om ons te bewijzen. Groot is de verbazing als de machine plots geen lawaai meer maakt. Dat is ons steeds gelukt.”
“Nu de vraag explodeert, trekken we technische profielen aan. We vinden gewoon overal problemen die we kunnen fixen. We staan op een kruispunt en moeten een preferentieel business model kiezen. Of we laten de kooi elders produceren, of we kunnen de productie licentiëren of we gaan de kooi zelf fabriceren.” Tegelijk geeft hij toe geen producent te zijn. “Wij bedenken producten.” Welke richting het uiteindelijk zal uitgaan,…? “We blijven zeer begaan met de ruimtevaart maar ontdekken dagelijks meer potentiële markten, onverwachte toepassingen en volumes. Anderhalf jaar geleden waren al die zaken er nog niet. Het gaat zeer snel voor ons. De keuze moet gemaakt worden…”
Lopen, fietsen en douchen
Servais speelde 20 jaar basket. Nu jogt hij in de bossen. Op vrijdag al eens een wedstrijdje bowlen. “Mijn beste ideeën kwamen al lopend. Of op de fiets. Ik hou van sport. Het is een magisch iets. Je kan vastzitten en, als vanuit het niks, bots je op het geniale idee”, knikt Servais. “Het idee van de cobweb kreeg ik al lopend. Ik weet nog precies waar. Het idee voor de vlinderkooi kreeg ik onder de douche. Onder de zeep liep ik naar de kamer ernaast om het snel op te schrijven.” Zo is hij eigenlijk altijd, dag in dag uit, aan het werk. “Ik maakte nooit een onderscheid tussen privé en werk. Niet als ik studeerde, en niet als ik begon te werken. Daarzonder denk ik niet dat ik in staat was deze fysieke fenomenen te identificeren en karakteriseren.”
Het valt moeilijk uit te leggen hoe het vele denken plotseling tot een doorbraak leidt. “Er is veel ervaring opgebouwd en dan gebeurt het inderdaad plots vanzelf”, ervaarde Servais. Hij hanteert het beeld van talloze prenten die in een ruimte rondzweven en die op een gegeven ogenblik op elkaar vallen zodat je er de oplossing dwars doorheen ziet.
“Het eerste jaar was zeer complex, maar nu lukt het”, zegt Servais. De partners gingen bescheiden van start. Het bedrijf telt twee investeerders: W.IN.G, een Waals deeptech fonds van Wallonie-Entreprendre, en NOSHAQ. Over bedragen is men uiterst discreet. “Ik werk er nu meer dan tien jaar aan. Met hoogtes en laagtes. Aanvankelijk was er een onbestemde angst (FR: angoisse indéfinisable) maar als je voor het eerst een tip van de sluier weet op te lichten, geeft dat een ongelooflijke kik. Even geleden waren we nog bang voor proeven en het risico om te falen. Die vrees hebben we lang niet meer. We kunnen ook snel reageren op een vraag. Waar het heen gaat? Alles is afhankelijk van het business model dat we zullen kiezen.”
Vandaag is zijn prioriteit de technologie -de vlinderkooi én de cobweb- te verspreiden en… geloofd te worden.
De vlinderkooi
De naam ‘butterfly cage’ -de vlinderkooi- wijst naar de chaos-theorie en de onmogelijkheid van de wiskunde om bepaalde resultaten in de toekomst te voorspellen. “In het geval van de kooi kan je maar enkele milliseconden voorspellen.” Trillingen kunnen er immers heel erg snel escaleren. Servais koos de naam naar analogie met het ‘vlinder-effect’ van de Amerikaanse meteoroloog Edward Lorenz. Die stelde vast dat het onmogelijk is het weer lang van te voren te voorspellen. Kleine variaties in de uitgangspositie leiden tot heel andere resultaten. Een van diens presentaties voor de AAAS was getiteld: “Predictability: Does the Flap of a Butterfly’s Wings in Brazil Set Off a Tornado in Texas?” Servais citeert Niels Bohr: “Voorspellen is moeilijk, vooral van de toekomst.”
