‘Ik werd uitgemaakt voor charlatan’

“Men vroeg of ik weleens van de wetten van Newton had gehoord.” Deze week neemt de hoogleraar prestatieleer van vliegtuigen afscheid van de TU.

De titel van uw rede luidt: ‘Anatomie van een uitvindersbrein’. U legt daarin uit hoe u op ‘radicale innovatie-ideeën’ komt. Bij de ornicopter (een samenvoeging van de woorden helikopter en ornithopter, wat vogelvleugelig betekent, red.) lijkt dat duidelijk. U heeft gekeken hoe vogels vliegen.

“Ik zeg altijd tegen journalisten dat de ornicopter net als vogels een klapwiekende beweging maakt om lift te genereren. De idee dat ik hun ogenschijnlijke vrijheid en manier van vliegen zou hebben gekopieerd, spreekt natuurlijk tot de verbeelding. Het verhaal krijgt daarom vaak die draai. Maar het is een misverstand. Ik heb de techniek niet van ze afgekeken.”

Hoe bedenkt u dan zoiets?

“De ornicopter is een voortvloeisel van een onderzoek uit het begin van mijn carrière. Ik probeerde toen een helikopter van Nederlandse makelij, de Kolibri, te verbeteren. De rotor van dit toestel werd aangedreven door twee eenvoudige straalmotortjes, die waren gemonteerd aan beide uiteinden van de wieken. Een normale helikopter zou neerstorten zonder staart. Doordat hij met z’n aandrijfas zijn wieken laat draaien, draait hij zelf de tegenovergestelde kant op. De staartrotor houdt het tollen van het toestel tegen. Maar de Kolibri kon wel vliegen zonder staartrotor. De kracht kwam namelijk niet uit een aandrijfas, maar uit straalmotors op de wieken. Overigens had de Kolibri wel een staartrotor, maar die diende slechts om te sturen.”

Wat was het probleem met de Kolibri?

“Hij was niet efficiënt genoeg, omdat de motors weinig lucht verplaatsten. Om kracht op te wekken, kun je beter veel lucht pakken en een klein zetje geven, dan andersom. Indertijd kon ik geen efficiëntere manier bedenken om de Kolibri te verbeteren. Maar dertig jaar later bedacht ik dat ik ook het hele rotorblad kon gebruiken om lucht als een soort roeispaan naar achter te scheppen. Hiervoor zou de rotor een op- en neergaande beweging moeten maken. De exacte natuurkunde hierachter is vrij ingewikkeld. Daarom heb ik een andere manier bedacht om het uit te leggen, namelijk door een vergelijking te maken met de wijze waarop vogels vliegen.”

U heeft de afgelopen jaren een klein, onbemand prototype in elkaar gezet. Als hij vliegt lijkt het net alsof hij de wetten van Newton tart.

“Tot voor kort waren veel mensen er zelfs van overtuigd dat het principe van de ornicopter strijdig was met de derde wet van Newton: actie is reactie. Maar net als bij de Kolibri impliceert deze wet voor de ornicopter niet dat het toestel gaat draaien. De draaiing van de wieken wordt immers veroorzaakt doordat de wieken op en neer gaan. Het toestel laat ze niet roteren via een aandrijfas. Gelukkig heb ik nu een video van de vliegende ornicopter, zodat iedereen kan zien dat het werkt. Op conferenties werd ik voor charlatan uitgemaakt en voor gek verklaard. Om mezelf te verdedigen begon ik mijn presentaties altijd met de mededeling dat ik wel degelijk van Newton had gehoord, zodat ze me daar niet meer lastig mee konden vallen. Dat was natuurlijk lekker provocerend. Ik heb me tijdens die presentaties goed vermaakt.”

In uw rede zegt u dat u als uitvinder puzzelt met een arsenaal aan beeldvormende theorieën en daarop gebaseerde modellen. Wat bedoelt u daarmee?

“Ik heb een aantal uitvindingen van mezelf onder de loep genomen. De ornicopter bijvoorbeeld. Maar ook een apparaat dat aardgas reinigt als het uit de put komt – een uitvinding waar Shell me nu erg dankbaar voor is -, en een windmolen die extra veel lucht aanzuigt doordat hij dwarsvleugeltjes heeft aan de uiteinden van zijn bladen. Ik ben nagegaan hoe de uitvindingen tot stand zijn gekomen, en ben tot de conclusie gekomen dat het voor de creativiteit goed is om vanuit verschillende gezichtspunten en vanuit een hoog abstractieniveau te redeneren.”

Kunt u een voorbeeld geven?

“Ik denk bijvoorbeeld niet: ik heb vleugels nodig om te vliegen. Ik denk in termen van ‘gewenste functies’. Lift opwekken is bijvoorbeeld een functie. Er zijn meerdere manieren waarop je dit voor elkaar krijgt. En die verschillende methoden kun je ook vanuit verschillende beeldvormende theorieën bekijken. Neem bijvoorbeeld een vliegtuigvleugel. Je kunt zeggen dat die de lucht naar beneden drukt en zichzelf daardoor naar boven duwt. Maar je kunt ook beredeneren hoe hij lift genereert, door te kijken hoe hij luchtdeeltjes afbuigt. De afbuigende luchtdeeltjes veroorzaken drukverschillen rondom de vleugel. Deze drukverschillen zorgen voor de lift. Dit is de causale manier van denken. Ik pieker graag over de rol van dit soort denkprocessen bij innovatie.”

Volgens de Amerikaanse onderzoeker van wetenschap- en technologiegeschiedenis, George Basalla, lijkt innovatie in de techniek op biologische evolutie.

“Ja, hij zegt dat er vanuit bestaande technieken kleine variaties en combinaties worden uitgeprobeerd, en dat een selectieproces, vergelijkbaar met ‘survival of the fittest’, uiteindelijk de evolutierichting van de techniek bepaalt. Dit beeld komt helemaal niet overeen met mijn eigen ervaring. Ook al lijken nieuwe ideeen vaak op combinaties van bestaande apparaten, of lijken ze geïnspireerd op het dierenrijk, dat wil niet zeggen dat ze op die manier zijn ontstaan. Kennis van bestaande apparaten en natuurverschijnselen is belangrijk, maar op een hoger abstractieniveau redeneren was voor mijn uitvindingen veel belangrijker.”

U heeft aan het begin van uw loopbaan als wetenschapper veel tijd gestoken in het onderzoek aan de Kolibri en het vervolgens dertig jaar lang op de plank laten liggen. Vond het hoofd van uw afdeling dat geen probleem?

“Een streep trekken door maanden van werk, dat was eind jaren zestig, begin zeventig, geen probleem. Het was een tijd van vrijheid, blijheid. Behalve onderwijs geven, waren er nauwelijks randvoorwaarden verbonden aan het werk van onderzoekers. Had je een raar idee, dan mocht je dat uitproberen. Als het tot niets leidde was dat geen probleem. Dan probeerde je daarna weer wat anders. Er was toch genoeg geld. Nu kun je die risico’s niet meer nemen. Als promovendus moet je elk jaar een wetenschappelijk artikel publiceren.”

Moet die vrijheid-blijheid-tijd er opnieuw komen om de creativiteit te bevorderen?

“Het zou goed zijn als we het deels terug zouden krijgen. Voor elke scheet moet je tegenwoordig verantwoording afleggen. Ik wil niet overkomen als een grumpy old man. Ik begrijp ook wel dat onze vroegere manier van werken nu niet meer mogelijk is. Het is te decadent. Er is niet meer genoeg geld voor. Maar aan de andere kant: mijn collega’s van die tijd en ikzelf zijn allemaal ver gekomen. Mijn pionierswerk aan windmolens in de jaren zeventig heeft geleid tot de windenergiegroep van prof.dr.ir. Gijs van Kuik. Het werk van een collega zorgde ervoor dat er bij TNO een proefinstallatie kwam voor raketmotoren. Daar verdient dat instituut nu veel geld mee. Prof.ir. Karel Wakker, voormalig rector en een oud-collega van die tijd, zette een satellietgroep op en had een eigen satellietlasersysteem bij Kootwijk. Iedereen had zo zijn eigen speeltjes. En we hebben allemaal belangrijke erfenissen nagelaten.”

Denkt u dat u zelf ooit nog eens in een grote ornicopter zult vliegen?

“Dat denk ik wel. Ook na mijn pensioen ga ik aan de TU verder met het ontwikkelen van de ornicopter. Ik heb al een bedrijf op het oog dat het toestel wil maken. Dat bedrijf moet vaart achter het project zetten. Een van de grootste uitdagingen is het versimpelen van de rotorkop. Nee, ik kan nog niet zeggen met welk bedrijf ik wil samenwerken. Daarvoor zijn de plannen nog te pril. Het duurt sowieso nog jaren voordat het toestel klaar is. Ik volg nu al wel helikoptervlieglessen, zodat ik de ornicopter later kan besturen. Binnenkort doe ik examen.”
Wie is Theo van Holten?

Theo van Holten (65) had graag een van de gebroeders Wright willen zijn, de uitvinders van het vliegtuig. “Ik ben een vliegtuigjesgek”, zegt de hoogleraar. Hij ging in de jaren zestig in Delft vliegtuigbouwkunde studeren vanwege de romantiek en de vrijheid die hij met de luchtvaart associeerde. Na zijn studie trad hij in dienst bij de toenmalige Technische Hogeschool om onderwijs te geven over, en onderzoek te doen naar helikopters. In 1974 promoveerde hij op een wiskundige analyse van de luchtstroming rond helikopterrotoren. Direct daarna stortte hij zich als een van de eerste wetenschappers in Nederland op windenergie. Zijn onderzoeksgroep leidde uiteindelijk tot de L&R-vakgroep windenergie. In de jaren tachtig werkte de windturbineexpert bij Stork als researchmanager. In 1992 keerde Van Holten terug naar Delft als hoogleraar prestatieleer van vliegtuigen. Deze week neemt hij officieel afscheid van de TU. “Maar totdat ze een opvolger voor me hebben gevonden blijf ik hier werken. Daarnaast zal ik hier op vrijwillige basis nog verder blijven werken aan de ornicopter, mijn leukste uitvinding.”

De titel van uw rede luidt: ‘Anatomie van een uitvindersbrein’. U legt daarin uit hoe u op ‘radicale innovatie-ideeën’ komt. Bij de ornicopter (een samenvoeging van de woorden helikopter en ornithopter, wat vogelvleugelig betekent, red.) lijkt dat duidelijk. U heeft gekeken hoe vogels vliegen.

“Ik zeg altijd tegen journalisten dat de ornicopter net als vogels een klapwiekende beweging maakt om lift te genereren. De idee dat ik hun ogenschijnlijke vrijheid en manier van vliegen zou hebben gekopieerd, spreekt natuurlijk tot de verbeelding. Het verhaal krijgt daarom vaak die draai. Maar het is een misverstand. Ik heb de techniek niet van ze afgekeken.”

Hoe bedenkt u dan zoiets?

“De ornicopter is een voortvloeisel van een onderzoek uit het begin van mijn carrière. Ik probeerde toen een helikopter van Nederlandse makelij, de Kolibri, te verbeteren. De rotor van dit toestel werd aangedreven door twee eenvoudige straalmotortjes, die waren gemonteerd aan beide uiteinden van de wieken. Een normale helikopter zou neerstorten zonder staart. Doordat hij met z’n aandrijfas zijn wieken laat draaien, draait hij zelf de tegenovergestelde kant op. De staartrotor houdt het tollen van het toestel tegen. Maar de Kolibri kon wel vliegen zonder staartrotor. De kracht kwam namelijk niet uit een aandrijfas, maar uit straalmotors op de wieken. Overigens had de Kolibri wel een staartrotor, maar die diende slechts om te sturen.”

Wat was het probleem met de Kolibri?

“Hij was niet efficiënt genoeg, omdat de motors weinig lucht verplaatsten. Om kracht op te wekken, kun je beter veel lucht pakken en een klein zetje geven, dan andersom. Indertijd kon ik geen efficiëntere manier bedenken om de Kolibri te verbeteren. Maar dertig jaar later bedacht ik dat ik ook het hele rotorblad kon gebruiken om lucht als een soort roeispaan naar achter te scheppen. Hiervoor zou de rotor een op- en neergaande beweging moeten maken. De exacte natuurkunde hierachter is vrij ingewikkeld. Daarom heb ik een andere manier bedacht om het uit te leggen, namelijk door een vergelijking te maken met de wijze waarop vogels vliegen.”

U heeft de afgelopen jaren een klein, onbemand prototype in elkaar gezet. Als hij vliegt lijkt het net alsof hij de wetten van Newton tart.

“Tot voor kort waren veel mensen er zelfs van overtuigd dat het principe van de ornicopter strijdig was met de derde wet van Newton: actie is reactie. Maar net als bij de Kolibri impliceert deze wet voor de ornicopter niet dat het toestel gaat draaien. De draaiing van de wieken wordt immers veroorzaakt doordat de wieken op en neer gaan. Het toestel laat ze niet roteren via een aandrijfas. Gelukkig heb ik nu een video van de vliegende ornicopter, zodat iedereen kan zien dat het werkt. Op conferenties werd ik voor charlatan uitgemaakt en voor gek verklaard. Om mezelf te verdedigen begon ik mijn presentaties altijd met de mededeling dat ik wel degelijk van Newton had gehoord, zodat ze me daar niet meer lastig mee konden vallen. Dat was natuurlijk lekker provocerend. Ik heb me tijdens die presentaties goed vermaakt.”

In uw rede zegt u dat u als uitvinder puzzelt met een arsenaal aan beeldvormende theorieën en daarop gebaseerde modellen. Wat bedoelt u daarmee?

“Ik heb een aantal uitvindingen van mezelf onder de loep genomen. De ornicopter bijvoorbeeld. Maar ook een apparaat dat aardgas reinigt als het uit de put komt – een uitvinding waar Shell me nu erg dankbaar voor is -, en een windmolen die extra veel lucht aanzuigt doordat hij dwarsvleugeltjes heeft aan de uiteinden van zijn bladen. Ik ben nagegaan hoe de uitvindingen tot stand zijn gekomen, en ben tot de conclusie gekomen dat het voor de creativiteit goed is om vanuit verschillende gezichtspunten en vanuit een hoog abstractieniveau te redeneren.”

Kunt u een voorbeeld geven?

“Ik denk bijvoorbeeld niet: ik heb vleugels nodig om te vliegen. Ik denk in termen van ‘gewenste functies’. Lift opwekken is bijvoorbeeld een functie. Er zijn meerdere manieren waarop je dit voor elkaar krijgt. En die verschillende methoden kun je ook vanuit verschillende beeldvormende theorieën bekijken. Neem bijvoorbeeld een vliegtuigvleugel. Je kunt zeggen dat die de lucht naar beneden drukt en zichzelf daardoor naar boven duwt. Maar je kunt ook beredeneren hoe hij lift genereert, door te kijken hoe hij luchtdeeltjes afbuigt. De afbuigende luchtdeeltjes veroorzaken drukverschillen rondom de vleugel. Deze drukverschillen zorgen voor de lift. Dit is de causale manier van denken. Ik pieker graag over de rol van dit soort denkprocessen bij innovatie.”

Volgens de Amerikaanse onderzoeker van wetenschap- en technologiegeschiedenis, George Basalla, lijkt innovatie in de techniek op biologische evolutie.

“Ja, hij zegt dat er vanuit bestaande technieken kleine variaties en combinaties worden uitgeprobeerd, en dat een selectieproces, vergelijkbaar met ‘survival of the fittest’, uiteindelijk de evolutierichting van de techniek bepaalt. Dit beeld komt helemaal niet overeen met mijn eigen ervaring. Ook al lijken nieuwe ideeen vaak op combinaties van bestaande apparaten, of lijken ze geïnspireerd op het dierenrijk, dat wil niet zeggen dat ze op die manier zijn ontstaan. Kennis van bestaande apparaten en natuurverschijnselen is belangrijk, maar op een hoger abstractieniveau redeneren was voor mijn uitvindingen veel belangrijker.”

U heeft aan het begin van uw loopbaan als wetenschapper veel tijd gestoken in het onderzoek aan de Kolibri en het vervolgens dertig jaar lang op de plank laten liggen. Vond het hoofd van uw afdeling dat geen probleem?

“Een streep trekken door maanden van werk, dat was eind jaren zestig, begin zeventig, geen probleem. Het was een tijd van vrijheid, blijheid. Behalve onderwijs geven, waren er nauwelijks randvoorwaarden verbonden aan het werk van onderzoekers. Had je een raar idee, dan mocht je dat uitproberen. Als het tot niets leidde was dat geen probleem. Dan probeerde je daarna weer wat anders. Er was toch genoeg geld. Nu kun je die risico’s niet meer nemen. Als promovendus moet je elk jaar een wetenschappelijk artikel publiceren.”

Moet die vrijheid-blijheid-tijd er opnieuw komen om de creativiteit te bevorderen?

“Het zou goed zijn als we het deels terug zouden krijgen. Voor elke scheet moet je tegenwoordig verantwoording afleggen. Ik wil niet overkomen als een grumpy old man. Ik begrijp ook wel dat onze vroegere manier van werken nu niet meer mogelijk is. Het is te decadent. Er is niet meer genoeg geld voor. Maar aan de andere kant: mijn collega’s van die tijd en ikzelf zijn allemaal ver gekomen. Mijn pionierswerk aan windmolens in de jaren zeventig heeft geleid tot de windenergiegroep van prof.dr.ir. Gijs van Kuik. Het werk van een collega zorgde ervoor dat er bij TNO een proefinstallatie kwam voor raketmotoren. Daar verdient dat instituut nu veel geld mee. Prof.ir. Karel Wakker, voormalig rector en een oud-collega van die tijd, zette een satellietgroep op en had een eigen satellietlasersysteem bij Kootwijk. Iedereen had zo zijn eigen speeltjes. En we hebben allemaal belangrijke erfenissen nagelaten.”

Denkt u dat u zelf ooit nog eens in een grote ornicopter zult vliegen?

“Dat denk ik wel. Ook na mijn pensioen ga ik aan de TU verder met het ontwikkelen van de ornicopter. Ik heb al een bedrijf op het oog dat het toestel wil maken. Dat bedrijf moet vaart achter het project zetten. Een van de grootste uitdagingen is het versimpelen van de rotorkop. Nee, ik kan nog niet zeggen met welk bedrijf ik wil samenwerken. Daarvoor zijn de plannen nog te pril. Het duurt sowieso nog jaren voordat het toestel klaar is. Ik volg nu al wel helikoptervlieglessen, zodat ik de ornicopter later kan besturen. Binnenkort doe ik examen.”
Wie is Theo van Holten?

Theo van Holten (65) had graag een van de gebroeders Wright willen zijn, de uitvinders van het vliegtuig. “Ik ben een vliegtuigjesgek”, zegt de hoogleraar. Hij ging in de jaren zestig in Delft vliegtuigbouwkunde studeren vanwege de romantiek en de vrijheid die hij met de luchtvaart associeerde. Na zijn studie trad hij in dienst bij de toenmalige Technische Hogeschool om onderwijs te geven over, en onderzoek te doen naar helikopters. In 1974 promoveerde hij op een wiskundige analyse van de luchtstroming rond helikopterrotoren. Direct daarna stortte hij zich als een van de eerste wetenschappers in Nederland op windenergie. Zijn onderzoeksgroep leidde uiteindelijk tot de L&R-vakgroep windenergie. In de jaren tachtig werkte de windturbineexpert bij Stork als researchmanager. In 1992 keerde Van Holten terug naar Delft als hoogleraar prestatieleer van vliegtuigen. Deze week neemt hij officieel afscheid van de TU. “Maar totdat ze een opvolger voor me hebben gevonden blijf ik hier werken. Daarnaast zal ik hier op vrijwillige basis nog verder blijven werken aan de ornicopter, mijn leukste uitvinding.”