De behoefte en kansen voor Biosensoren
‘Een onderzoek naar de markt en kansen voor de ontwikkeling van elektrochemische biosensoren binnen TNO I&T’
Auteur M.Zulawinski Studentnummer 1290312
Faculteit Technology management (TM) Universiteit Rijksuniversiteit Groningen
1e begeleider Dr. Ir. N.R. Faber
2e begeleider Dr. Prof. T.H.A. Bijmolt
Management Summary
Dit rapport bevat een onderzoek naar de markt en kansen voor de ontwikkeling van elektrochemische biosensoren binnen TNO I&T Business Unit Materialen, afgekort TNO MAT.
Biosensoren zijn een nieuw gebied voor de Business Unit maar er wordt voortgebouwd op de kennis en technologie die al voor elektrochemische corrosiesensoren is ontwikkeld. De ontwikkelingsrichting sluit ook aan op de visie van TNO MAT waarin “interactie van biologisch materiaal (o.a. biofouling) op materialen (oppervlaktes)” als een belangrijk vraagstuk in een groot aantal markten wordt gezien.
Het probleem binnen de Business Unit bestaat uit kennisgebrek in de markt. Er is behoefte om meer inzicht over de mogelijke toepassingen en markt voor elektrochemische biosensoren te genereren.
Om aan de wens van de organisatie tegemoet te gaan is een kwalitatief marktonderzoek uitgevoerd.
In dit verband dient vermeld te worden dat het marktonderzoek parallel aan de technologische ontwikkeling heeft gelopen en hiermee richting heeft gegeven aan de technologische ontwikkeling van de biosensoren. De doelstelling van het onderzoek luidt:
“Het genereren van marktkennis ten einde aanbevelingen te kunnen doen over product-markt- combinaties voor de ontwikkeling van biosensoren binnen de Business Unit Materials Technology van TNO I&T”
Om aan de bovenstaande doelstelling te kunnen voldoen wordt de volgende vraagstelling geformuleerd:
“Voor welke toepassingen, met welke technologie en in welke markten is het voor TNO I&T Business Unit Materials Technology interessant om biosensoren te ontwikkelen?
Om deze vraag te beantwoorden is informatie nodig van mogelijke gebruikers van de biosensoren.
Hiertoe zijn interviews binnen TNO en externe case studies bij vooral innovatieve organisaties uit verschillende marktsectoren uitgevoerd. Om het onderzoek verder af te bakenen zijn cases uitgekozen in marksectoren waarin biofouling, microbiële corrosie en micro-organismen (pathogenen) een belangrijke rol lijken te spelen. De gegenereerde kennis in de problematiek binnen deze organisaties, de marktontwikkelingen en de behoefte voor biosensoren dient als input om in dit onderzoek TNO MAT aanbevelingen te kunnen doen over interessante product-markt-combinaties (PMC’s) voor de ontwikkeling van elektrochemische biosensoren. In dit onderzoek worden de gegenereerde ideeën voor de PMC`s geanalyseerd aan de hand van productprofielen. Een productprofiel is in dit onderzoek een grafische representatie van een idee voor een PMC welke aan de hand van een checklist met evaluatiecriteria wordt geëvalueerd. Deze evaluatiecriteria zijn in overleg met TNO MAT opgesteld.
In figuur 1 worden de sensortechnologie, de marktsectoren, de geïnterviewde organisaties en de geïnventariseerde problemen schematisch weergegeven. De verschillende PMC’s zijn geëvalueerd en in deze samenvatting worden de grootste kanshebbers voor de ontwikkeling van elektrochemische sensoren uitgewerkt. De PMC’s worden verdeeld in twee groepen. Generieke detectie betreft het kunnen detecteren of monitoren van “laagjes” biocontaminatie en bij specifieke detectie wordt gedoeld op het kunnen detecteren van microbiële corrosie (MIC) en/of specifieke micro-organismen zoals Legionella of E-coli.
Generieke biosensoren
In de voedingsmiddelenindustrie bestaat de behoefte “biocontaminatie” in productieplants te kunnen monitoren/detecteren. Biocontaminatie is een probleem die in de voedingsmiddelenindustrie, door de hoge kosten die hiermee gemoeid zijn en de behoefte flexibel te kunnen produceren, erkend wordt.
Deze biocontaminatie treedt bijvoorbeeld op in de vorm van voedingsresten in de buizen van de plants of in de vorm van eiwitten bij de sterilisatie van melk. Flexibele productie zorgt voor frequentere schoonmaakactiviteiten en vergroot hiermee de kans op biocontaminatie. Hierbij zullen de sensoren als een “early warning system” (EWS) ingezet kunnen worden. Tevens kunnen deze gebruikt worden als een systeem ter validatie van de schoonmaakactiviteiten. Generieke detectie sluit goed aan op huidige technologische ontwikkelingen binnen TNO MAT waarin de proof of principle voor het detecteren van laagjes in buizen al wordt gelegd.
Vorming van biofilms is een vaak voorkomend probleem in de watersector. Er zijn nog geen concrete toepassingen voor biosensoren met een duidelijk productvoordeel geïdentificeerd maar de geïnterviewde organisaties in de watersector geven duidelijk aan geïnteresseerd te zijn in biosensoren.
Tot slot vormt biofouling in de maritieme sector en energiesector een probleem. Macroaangroei op visnetten, scheepsrompen en koelwatersystemen zijn erkende problemen. Voor de aangroei van biofouling in deze sectoren wordt ook gedacht aan een EWS die moet aangeven wanneer de betreffende oppervlaktes schoongemaakt moeten worden voordat de aangroei nog hardnekkiger wordt.
Specifieke detectie
Microbiële corrosie op ondergrondse leidingen in de energiesector is een duidelijk geïdentificeerd probleem dat steeds meer aandacht krijgt. Deze vorm van corrosie kan de corrosieprocessen aanzienlijk versnellen waardoor leidingen eerder vervangen of gerepareerd moeten worden. Voor deze toepassing loopt al een project om de technologie en het product beter op de wensen van de eindgebruikers af te stemmen. Een andere toepassing waar microbiële corrosie voor komt is bij offshore windmolens. Vooral in het fundament van de windmolens bestaat de kans op microbiële corrosie groter. Specifieke detectie van bijvoorbeeld micro-organismen is voor TNO MAT technologisch nu niet haalbaar. Daarvoor is samenwerking met bijvoorbeeld TNO KvL nodig.
In figuur 1 wordt een overzicht gegeven van de technologie, marktsectoren, toepassingsgebieden en probleemgebieden.
Dit onderzoek beschouwd als een autonoom onderzoek maar kan in de toekomst ook gebruikt worden als een exploratieve fase van een kwantitatief vervolgonderzoek (Minee, 1990). Meer inzicht in de problematiek en de behoefte van de potentiële klanten geeft een goede input voor een kwantitatief onderzoek.
Figuur 1: Totaaloverzicht Biosensoren
Biosensor Sensortype
Voorbeelden technologie transducer
Markt
Optische transducer
Elektrochemisch Piezoelectric Anders
Proces- industrie Medisch
Probleembeschrijving
Voeding/Agro Water
Marktsector
Toepassingsgebieden
- Drinkwaterbedrijf - Afvalwaterzuivering
-Zeevaart -Oceanografische instrumentatie -Viskwekerijen
- Mic ballast tanks - Legionella, E-Coli in watersysteem Maritiem - fouling op sensoriek - aangroei visnetten - Organische
fouling - Pathogenen - Scaling (kalk)
-Ziekenhuizen
-Voedingsmiddelen- industrie
- Glastuinbouw
Maritiem Energie Transport
- Olie&Gas - Offshore windparken
- Biofilm watersystemen/
- MRSA bacterie - Hygiëne ok/
vloeren - MIC op
gaspijpen - Biologische processen door biogastoevoer - MiC in fundamenten windmolen - Eiwitaankoeking op
warmtewisselaars - Laagjes in buizen productieplants - Arbeidsintensieve controle
verpakkingen - Schoonmaak- validatie
1 Introductie en probleemstelling --- 7
1.1 Achtergrond en aanleiding opdracht--- 7
1.2 Probleemstelling --- 7
1.2.1 Achtergrond probleemstelling--- 7
1.2.2 De probleemhebbers--- 7
1.2.3 Typering onderzoek --- 8
1.2.4 Doelstelling en vraagstelling --- 8
1.2.5 Afbakening --- 9
1.2.6 Randvoorwaarden--- 9
1.3 Relatie tot theoretische concepten --- 9
1.4 Structuur onderzoek --- 12
1.5 Opbouw scriptie --- 13
2 Het vooronderzoek: de bepaling van de context--- 14
2.1 Inleiding --- 14
2.2 Situatie bedrijf --- 15
2.3 Missie, visie en strategie TNO I&T MAT --- 16
2.4 Activiteiten TNO I&T Den Helder --- 16
2.5 Technologie achter (bio)sensoren--- 16
2.6 Externe analyse (bio)sensoren --- 18
2.7 Selectie van zoekvelden --- 20
2.7.1 Biofouling --- 20
2.7.2 Microbiële corrosie --- 21
2.7.3 (Schadelijke) Micro-organismen--- 22
2.8 Samenvatting--- 22
3 Theoretische onderbouwing--- 23
3.1 Inleiding --- 23
3.2 Innovatie en productontwikkeling --- 23
3.2.1 Interpretatie innovatiemodel--- 24
3.2.2 Product markt combinaties (PMC’s) --- 24
3.2.3 De structuur van het innovatieproces--- 25
3.2.4 De activiteiten in het innovatieproces --- 26
3.3 Het product --- 26
3.3.1 Het product --- 26
3.3.2 Productplanning--- 27
3.4 De (Fuzzy) Front End --- 28
3.4.1 Het belang van FFE --- 28
3.5 Doelvinding --- 30
3.6 Evaluatiemodellen--- 31
3.7 Evaluatiecriteria --- 31
3.8 Samenvatting--- 33
4 Onderzoeksopzet --- 34
4.1 Inleiding --- 34
4.2 Aanpak--- 34
4.3 Het marktonderzoek--- 35
4.3.1 Methoden en technieken marktonderzoek --- 36
4.3.2 Probleemformulering en aanpak marktonderzoek --- 36
4.4 Evaluatie van kansen voor de ontwikkeling van biosensoren: de kansenanalyse --- 39
4.5 Samenvatting--- 39
5 Verloop en resultaten onderzoek --- 41
5.1 Verslaggeving interne interviews --- 41
5.1.1 Ontwikkelingen in de watersector (verslag bezoek aan TNO Apeldoorn) ---- 41
5.1.2 Ontwikkelingen in de voedingsmiddelensector (verslag bezoek aan KvL) --- 42
TNO KvL heeft kennis op het gebied biologische sensoren: --- 42
5.1.3 Ontwikkelingen in de glastuinbouw --- 43
5.2 Resultaten externe interviews --- 44
5.2.1 Inleiding uitwerking voedingsmiddelensector--- 44
Uitwerking interview organisatie V--- 44
5.2.2 Inleiding interviews watersector --- 45
Uitwerking interview organisatie W1 --- 45
Uitwerking interview organisatie W2 --- 46
5.2.3 Inleiding interviews in de maritieme sector--- 46
Uitwerking interview organisatie M1--- 47
Uitwering interview organisatie M2 --- 47
5.2.4 Inleiding interviews energiesector --- 48
Uitwerking interview organisatie E3 --- 48
Uitwerking interview organisatie E1 --- 48
5.2.5 Inleiding interview medische sector --- 49
Uitwerking interview organisatie Z--- 49
5.3 Kansenidentificatie --- 51
5.4 Geïnventariseerde marktontwikkelingen, trends en concurrentie --- 52
5.5 Analyse van de kansen voor de ontwikkeling van elektrochemische biosensoren ---- 53
5.6 Samenvatting--- 56
6 Conclusie en aanbevelingen --- 57
6.1 Conclusie --- 57
6.2 Aanbevelingen --- 59
7 Discussie --- 61
8 Bijlagen --- 62
Bijlage 1: EIS en ENM --- 62
Bijlage 2: Toepassingen van sensoren --- 63
Bijlage 3: een voorbeeld van een positieve Harris Profiel --- 65
Bijlage 4: Voorbeeld vragenlijst --- 66
Bijlage 5: Totaaloverzicht kansen biosensoren en antifouling --- 67
Literatuurlijst--- 68
1 Introductie en probleemstelling
1.1 Achtergrond en aanleiding opdracht
“TNO maakt wetenschappelijke kennis toepasbaar om het innovatieve vermogen van het bedrijfsleven en de overheid te versterken...TNO probeert meerdere kennisgebieden samen te laten werken om creatieve maar ook praktijkgerichte op maat gesneden oplossingen (innovaties) aan te kunnen bieden voor de overheid en het bedrijfsleven” (Intern rapport: Strategisch Plan TNO 2007- 2010). In de huidige wereld van snelle veranderingen in de markt en de technologische ontwikkelingen is het voor kennisorganisaties als TNO steeds belangrijker om marktgericht te werken door producten, kennis en/of technologieën te ontwikkelen, die aansluiten op de marktbehoefte.
Biosensoren zijn een nieuw gebied voor de Business Unit Materialen Technologie binnen het kerngebied Industrie en Techniek. Er wordt voortgebouwd op de kennis en technologie die al voor elektrochemische corrosiesensoren is ontwikkeld. Dit is voor deze scriptie de aanleiding voor het verrichten van een marktonderzoek om al in een vroeg stadium van productontwikkeling marktkennis te ontwikkelen. Enerzijds is deze marktinformatie van belang om deze business unit te helpen een keuze te maken voor de ontwikkelingsrichting van biosensoren en de resources hier efficiënter op te richten. Anderzijds wil TNO BU MAT de technologische ontwikkelingen op de marktbehoeftes afstemmen om hiermee een product of technologie te ontwikkelen welke een duidelijke (meer) waarde heeft voor de gebruiker. Naast het verkrijgen van de marktinformatie zal in dit onderzoek ook gebruik worden gemaakt van productprofielen om de mogelijke product-markt- combinaties (PMC’s) te evalueren.
Dit onderzoek is verricht in opdracht van de afdeling Multilayer Devices van de BU Materials Technology binnen het kerngebied TNO Industrie en Techniek. De opdracht is uitgevoerd op de locatie Den Helder. Om de leesbaarheid van het stuk te bevorderen, zal in het vervolg met TNO MAT deze specifieke Business Unit bedoeld worden.
1.2 Probleemstelling
1.2.1 Achtergrond probleemstelling
Uit gesprekken met de programmaleider en het personeel is gebleken dat TNO MAT veel kennis en tools in huis heeft om sensoren te kunnen ontwikkelen. TNO MAT heeft met de ontwikkeling van corrosiesensoren een sensorplatform ontwikkeld dat ook bruikbaar is voor biosensoren. Het ontwikkelen van dergelijke detectieprincipes voor toepassingen in verschillende marktsectoren kan op termijn tot grote verbetering van betrouwbaarheid en/of kostenbesparingen leiden. Er is echter op dit moment weinig inzicht binnen de BU in de markt(toepassingen) voor biosensoren.
1.2.2 De probleemhebbers
De probleemhebbers bestaan uit de programmaleider, de locatiemanager, het verkoopteam en het ontwikkelingsteam van TNO MAT. De organisatieleden delen de mening dat er marktvraag bestaat voor biosensoren en zijn van mening dat TNO MAT met de huidige kennis en tools de technologie voor biosensoren kan ontwikkelen maar hiervoor is wel marktinformatie nodig. Zo is deze informatie voor de projectleider en afdelingshoofd van belang omdat zij het hoofdkantoor ervan moeten overtuigen de financiële middelen voor de verdere ontwikkeling van de technologie te
verkrijgen. In welke vorm van financiering, bijvoorbeeld cofinanciering of bilateraal onderzoek, die verder onderzoek mogelijk moet maken, is in dit stadium nog niet duidelijk. Verder heeft de afdeling marketing baat bij een beter begrip van de marktbehoefte voor biosensoren, de trends en de marktontwikkelingen. Door een beter inzicht in de behoefte van de klant, de trends en de ontwikkelingen in de markt kan het marketingteam de marketinginstrumenten hier beter op afstemmen. Voor het ontwikkelingsteam is inzicht in de markt en de daaruit te destilleren klantbehoefte van belang om sensoren te ontwikkelen die goed aansluiten op de behoefte. In dit verband dient gezegd te worden dat deze marketingactiviteiten parallel lopen aan de technologische activiteiten. Door wekelijks overleg tussen de onderzoeker en de interne begeleider konden deze activiteiten op elkaar afgestemd worden.
1.2.3 Typering onderzoek
De Leeuw (1996) typeert dit soort onderzoek als beleidsondersteunend onderzoek. Het levert (in de probleemstelling gespecificeerde) kennis op, welke bruikbaar is voor TNO MAT om de ontwikkelingsactiviteiten op te richten.
1.2.4 Doelstelling en vraagstelling
De doelstelling van dit onderzoek wordt als volgt geformuleerd:
“Het genereren van marktkennis ten einde aanbevelingen te kunnen doen over product-markt- combinaties voor de ontwikkeling van biosensoren binnen de Business Unit Materials Technology van TNO I&T”
Om aan de bovenstaande doelstelling te kunnen voldoen wordt de volgende vraagstelling geformuleerd:
“Voor welke toepassingen, met welke technologie en in welke markten is het voor TNO I&T Business Unit Materials Technology interessant om biosensoren te ontwikkelen?”
Om antwoord te kunnen geven aan de vraagstelling zijn deelvragen opgesteld. De eerste 5 deelvragen hebben betrekking op het vooronderzoek en bepalen de context waarin het eigenlijke onderzoek wordt uitgevoerd. De bepaling van de context komt het volgende hoofdstuk aan bod.
Het vooronderzoek
1) Wat zijn de huidige missie, visie en strategie (samen het beleid) van TNO vestiging Den Helder?
2) Over welke competenties beschikt TNO I&T te Den Helder?
3) Wat zijn biosensoren en hoe werken deze?
4) Wat zijn technologische ontwikkelingen en trends m.b.t. biosensoren?
5) Wat zijn de zoekvelden voor het verder onderzoek?
Deelvragen behorende tot de externe analyse worden in hoofdstuk 5 uitgewerkt en een samenvatting hiervan is ook terug te vinden in de conclusie. De laatste twee deelvragen (deelvraag 5 en 6) van het eigenlijke onderzoek worden in het theoretische gedeelte uitgewerkt.
Deelvragen eigenlijke onderzoek
1) Wat is het geïnventariseerde probleem bij de geïnterviewde organisaties?
2) Welke behoeftes en wensen hebben de geïnterviewden ten aanzien van het geïdentificeerde
probleem?
3) Hoe kan het toepassen van biosensoren hier een oplossing voor bieden met welk voordeel, eisen en functie?
4) Wat zijn de marktontwikkelingen en potentiële concurrenten/samenwerkingspartners in de gekozen marktsectoren?
5) Welke criteria spelen een rol voor de evaluatie van de product-markt-combinaties?
6) Hoe kunnen de gegenereerde product-markt-combinaties voor biosensoren geëvalueerd worden en welke criteria spelen hierbij een rol?
1.2.5 Afbakening
Het onderzoek wordt uitgevoerd in opdracht van TNO I&T BU Materialen te Den Helder. Deze vestiging behoort tot de afdeling Multilayer Devices van de BU Materials Technology binnen het kerngebied TNO Industrie en Techniek. De programmaleider en het primaire ontwikkelingsteam van de biosensoren bevinden zich op de vestiging in Den Helder. Voor informatie-uitwisseling met de marketingafdeling is continu contact gehouden met het hoofdkantoor in Eindhoven. Ook zullen gesprekken met andere BU`s en afdelingen binnen TNO plaatsvinden in het kader van biosensoren.
Dit om zoveel mogelijk synergie te bereiken en geen technologie te ontwikkelen welke al door een andere afdeling is ontwikkeld maar juist complementair te werk te gaan.
Het onderzoek richt zich op de productplanning op programmeringniveau. Hiermee wordt bedoeld dat het onderzoek gericht is op de doelvinding (Eekels en Poelman, 1995). Dit wordt in de theorie nader beschreven. In het model van buis (zie figuur 1.3) wordt deze afbakening ook weergegeven.
1.2.6 Randvoorwaarden
• Het onderzoek is gericht op TNO MAT.
• Het onderzoek dient marktinformatie te bevatten, aan de hand waarvan TNO MAT biosensorgerelateerde innovatieprocessen kan sturen.
• Bij de opzet en uitwerking van het onderzoek moet gebruik worden gemaakt van relevante theoretische modellen. De keuze hiervoor dient beargumenteerd te worden.
• Informatie die concurrentiegevoelig kan zijn, wordt geheim gehouden, hiertoe worden twee versies van het onderzoek geschreven.
• Het onderzoek wordt uitgevoerd onder begeleiding van Peter Willemsen (programmaleider Biocontact en Projectleider biosensoren).
1.3 Relatie tot theoretische concepten
In dit onderzoek gaat wordt marktkennis en het vinden van mogelijke toepassingen voor biosensoren. Het onderzoek wordt als een innovatievraagstuk beschouwd. Innovatie en productontwikkeling zijn begrippen die nogal vaak worden verward. “Productontwikkeling staat niet op zichzelf maar maakt deel uit van het innovatieproces” (Roozenburg en Eekels, 1995). Dit onderzoek wordt als een innovatievraagstuk aangepakt omdat het hier gaat om het ontwikkelen van een nieuw product voor TNO en voor de markt. Voor het onderzoek worden verschillende innovatiemodellen gebruikt. Het model van Buijs wordt gebruikt om het verslag meer structuur te geven en ook geeft dit model de verschillende stappen en activiteiten in het innovatieproces weer (zie fig. 1.3). In figuur 1.1 worden de verschillende fases van het innovatieproces beschreven (Koen, 2002) Dit zijn: i) de Fuzzy Front End, ii) de product development en iii) de commercialization fase van het innovatieprocesmodel uitgebeeld. Dit onderzoek is gericht op de zogenoemde Fuzzy Front
End (FFE) van het innovatieproces (zie figuur 1.1). Hoewel in de literatuur veel geschreven is over de tweede stap van het innovatiemodel, zoals het Stage-Gate model van Cooper (2001), is echter relatief weinig bekend over de eerste stap uit dit model, namelijk de fase die vooropgaat aan de pre- development fase, ofwel de FFE (Koen, 2002).
Figuur 1.1: Fases in innovatieproces (Koen, 2002)
Deze fase wordt “fuzzy” genoemd omdat in dit stadium van het innovatieproces nog heel veel onduidelijkheden bestaan over het te ontwerpen product en de bijbehorende markt. Het proces in deze eerste fase van het innovatieproces verloopt ook chaotischer, en kent een hogere mate iteraties dan in de latere fases van productontwikkeling (Ajamian, 1996). Zo zijn bijvoorbeeld de functionele markt, de kosten, prijs en de exacte functie van het product nog erg onduidelijk. Toch worden activiteiten in deze fase van het innovatieproces als een belangrijk punt voor verbetering van het innovatieproces aangekaart (Koen, 2002). Dit omdat juist hier beslissingen genomen worden welke bepalend zijn voor de waarde en de kans op succes van het te ontwerpen product dat in de development-fase en commercialisering verder wordt uitgewerkt. Anders gezegd is het beter om aan het begin van het innovatieproces knelpunten te ontdekken, omdat het herstellen van knelpunten in latere fases van de technologieontwikkeling veel moeilijker en duurder is. Dit wordt toegelicht in het theoretische gedeelte van dit onderzoek.
De activiteiten en hun onderlinge relaties binnen de FFE worden toegelicht aan de hand van het NCD (New Concept Development Model) van Koen (2001) (zie figuur 1.2). In de figuur valt te af te lezen dat het NCD-model uit drie delen bestaat. Deze zijn:
1. Het binnenste van het NCD-model is de motor en representeert de strategie, leiderschap, cultuur van een organisatie en bepaalt de vijf elementen in de cirkel welke door de organisatie controleerbaar zijn.
2. De binnenste vijf elementen – kansen identificatie, kansen analyse, ideegeneratie, ideeselectie en concept definitie – zijn redelijk te controleren elementen in de FFE.
3. De beïnvloedbare factoren, de buitenste rand van de cirkel, representeren de capabiliteit, de omgeving (o.a. concurrentie, afnemers, overheid, regels) en de betrokken technologieën. Deze factoren hebben invloed op het gehele innovatieproces, vanaf de kansenidentificatie het de markt zetten van het product, en zijn relatief moeilijk door de organisatie te controleren.
Figuur 1.2: New Concept Development model (Koen et al., 2001)
Dit model verdient nog enige toelichting. De binnenste vijf elementen worden bewust elementen en niet processen genoemd. Dit is een belangrijk gegeven omdat de term proces impliceert dat er sprake van een structuur van de activiteiten. In de praktijk zullen activiteiten binnen de FFE vaak minder gestructureerd verlopen dan tijdens het “gestructureerde” NPD. Dit houdt in dat de vijf elementen geen specifieke volgorde hebben en, zoals dit met pijlen tussen de vijf elementen en de cirkelvorm aangeven, verloopt het proces iteratief.
Dit model sluit aan op het onderzoek omdat dit inzicht geeft in de verschillende elementen binnen de FFE die tijdens onderzoek ook naar voren komen. In dit onderzoek worden met behulp van externe en interne interviews kansen voor biosensoren geïdentificeerd (zie onderste pijl in figuur 1.2). Deze kansen worden door middel van evaluatiecriteria geanalyseerd. Door met potentiële eindgebruikers te discussiëren over de mogelijke toepassingen van de biosensoren, zijn hiermee ook ideeën voor producten gegenereerd.
1.4 Structuur onderzoek
Ten einde een gestructureerde aanpak van het onderzoek te realiseren wordt in dit onderzoek gebruik gemaakt van het innovatiemodel van Buijs (1987). Sommige activiteiten, zoals idee-generatie uit de FFE-model van Koen, komen overeen met activiteiten in het model van Buijs. Echter geeft het model van Buijs meer structuur weer tussen de activiteiten. Het model Buijs is een activiteitenstappen- model en geeft zowel de activiteiten in het innovatieproces als een ordening van deze stappen in fases. Hierbij dient opgemerkt te worden dat tussen en binnen de fases vaak iteraties voorkomen. Ook wordt binnen elke fase van het innovatieproces gedivergeerd en geconvergeerd (Buijs, 1987). Dit houdt in dat in elke fase van het innovatieproces alternatieven worden gegenereerd (convergeren) en keuzen worden gemaakt uit deze alternatieven (divergeren). Het innovatiemodel van Buijs bestaat uit vier fases: a) de koersbepaling; b) de doelbepaling, c) de ontwikkeling en d) de commercialisering (zie figuur 3; de verticale as) maar alleen de eerste 2 fases, de koersbepaling en de doelbepaling, zullen in het kader van dit onderzoek uitgewerkt worden (zie afbakening onderzoek in figuur 1.3).
Figuur 1.3: Model van Buijs (1987)
Afbakening Onderzoek Afbakening vooronderzoek
De doelbepaling vormt de kern van het onderzoek. Binnen de doelbepaling worden de gekozen zoekvelden – ideeën voor product-markt-combinaties of de daarop gebaseerde activiteiten – verder uitgediept. Het houden van diepte-interviews bij potentiële eindgebruikers van biosensoren vormt een belangrijk deel van dit proces (zie figuur 1.3: externe behoefte analyse). Naast het houden van diepte-interviews wordt bij de uitdieping van de markt en de technologie voor biosensoren gebruik gemaakt van interne gesprekken met experts binnen en buiten de business unit en literatuurstudies.
Al deze informatie zal worden verzameld, geordend en gepresenteerd om het ontwikkelingsteam meer inzicht te geven in de markt en de mogelijkheden voor de ontwikkeling van biosensoren binnen TNO MAT. Op basis van de verkregen informatie zullen de productideeën in groepsvorm worden geëvalueerd. Dit gebeurt aan de hand van een checklist met criteria en zal een aanzet vormen voor het verder uitwerken van het idee in een productconcept. Het model van Buijs noemt dit ontwerpdoelen. Een ontwerpdoel is in dit geval een omschrijving van een idee van het te ontwikkelen product met zijn functie voor een bepaalde markttoepassing.
1.5 Opbouw scriptie
In hoofdstuk 2 zal de context waarbinnen het eigenlijke onderzoek plaatsvindt worden gedefinieerd.
In dit hoofdstuk worden de zoekvelden gegenereerd. Hierin zal een globale interne en externe analyse worden uitgevoerd om de interne sterktes aan de externe kansen te koppelen en tevens het onderzoeksgebied verder af te bakenen. In hoofdstuk 3 wordt de theorie beschreven en verantwoord worden. Hoofdstuk 4 beschrijft de onderzoeksopzet en in hoofdstuk 5 worden de resultaten van het onderzoek uitgewerkt. Tot slot volgen in hoofdstuk 6 de conclusie en de aanbevelingen.
2 Het vooronderzoek: de bepaling van de context
2.1 Inleiding
De context van het innovatieproces wordt gevormd door de huidige situatie binnen TNO MAT. De huidige situatie (en de daaraan voorafgaande geschiedenis) bepalen de innovatiebehoefte van de onderzoeksgroep. In dit hoofdstuk wordt de context waarbinnen het eigenlijke onderzoek plaats gaat vinden bepaald. Deze bepaling is nodig om het gebied waarin het eigenlijke onderzoek wordt uitgevoerd, af te bakenen. De gegenereerde zoekvelden vormen het uitgangspunt voor verder onderzoek en bakenen het te onderzoeken gebied af. Buijs beschouwt zoekvelden als ‘een realistische voorstelling van toekomstige activiteiten van een organisatie, die ontstaat door kennis van externe kansen bewust te koppelen aan het interne kunnen’ (Buijs, 1987).
In paragraaf 2.2 wordt een beschrijving gegeven van de situatie binnen TNO. Het intern onderzoek bestaat uit de beschrijving van de visie, strategie en de activiteiten binnen TNO MAT, terug te vinden in paragraaf 2.3 en 2.4. In paragraaf 2.5 wordt de technologie achter biosensoren beschreven.
De informatie voor de interne analyse is verkregen uit gesprekken, documenten en rapporten van TNO.
De externe analyse bestaat in dit stadium van het onderzoek uit een globale literatuurstudie naar de mogelijkheden van (bio)sensoren in verschillende marktsectoren en wordt beschreven in paragraaf 2.6. De selectie van zoekvelden komt in aan bod in paragraaf 2.6 is uitgevoerd op basis van het intern onderzoek, de externe literatuurstudie en brainstormsessies waarin product ideeën voor de verschillende markten zijn gegenereerd.
Zoekveld(en) Intern
Onderzoek
Extern Onderzoek
Zoekvelden genereren
Selecteren Situatie Bedrijf
Figuur 2.1: De koersbepaling (Buijs, 1987)
2.2 Situatie bedrijf
TNO maakt wetenschappelijke kennis toepasbaar om het innovatieve vermogen van het bedrijfsleven en de overheid te versterken. Door kennis te ontwikkelen, te integreren en toe te passen maakt TNO onderscheidend van andere kennisorganisaties1.
Onderzoek binnen TNO speelt zich af binnen vijf kerngebieden;
- Kwaliteit van Leven - Defensie en veiligheid - Industrie en Techniek - Bouw en Ondergrond
- Informatie- en Communicatietechnologie
Het organogram weergegeven in figuur 2.2 geeft aan hoe het kerngebied “Industrie en Techniek”
onderverdeeld wordt in verschillende business units en hoe de business unit “Materials Technology”, waaronder de vestiging in Den Helder valt, verdeeld is in 3 afdelingen. Hoewel het onderzoek in opdracht van de business unit Materials Technology wordt uitgevoerd, is ook getracht afstemming te bereiken met de andere business units en kerngebieden. Dit bleek achteraf ook zeer nuttig omdat uit de gesprekken met andere kerngebieden naar voren kwam dat ook andere onderdelen van TNO bezig zijn op het gebied van onder andere biofilms en pathogenen.
Figuur 2.2: Organogram TNO
1 www.tno.nl
TNO
Kwaliteit
van Leven Defensie en
Veiligheid Industrie en
Techniek Bouw en
Ondergrond Informatie- en Communicatie Technologie
Automotive Materials
Technology Advanced Precision and Production Equipment
Industrial Modeling and control
Monitoring
Systems Holst
Materials Performance
Innovative materials
Multilayer Devices
Locatie Den Helder
2.3 Missie, visie en strategie TNO I&T MAT
TNO gebruikt kennis om praktijkgerichte oplossingen te bieden. TNO MAT te Den Helder heeft de volgende visie:
“Interactie met biologisch materiaal (o.a. biofouling) is een belangrijk vraagstuk in een groot aantal markten. TNO MAT heeft een brede expertise op het gebied van oppervlaktemodificatie, functionalisatie en het monitoren van oppervlakte-interacties die kan worden ingezet om hechting van biofilms en reinigbaarheid te sturen en te volgen. Kennis in materialen, coatings, biologie en sensoren kunnen hierbij worden gecombineerd.”
Hieruit heeft TNO MAT de intentie een markttoepassing voor biosensoren te genereren. Deze behoefte komt niet zomaar uit de lucht vallen, maar is gebaseerd op de visie van TNO en andere partijen implicerende dat biosensoren in de nabije toekomst steeds belangrijker worden in verschillende marktsectoren. Tevens wil men onderzoeken of de technologie die ontwikkeld is voor het Corrsense-project – door middel van elektrochemische sensoriek vroegtijdig en kwantitatief corrosie meten – ook voor biosensoren toepasbaar kan zijn. Omdat in dit geval de ontwikkeling van de technologie parallel loopt met de marktverkenning is het voor TNO MAT van belang te achterhalen voor welke markten/markttoepassingen, de ontwikkeling van biosensoren interessant kan zijn. Hierbij spelen marktcriteria natuurlijk een grote rol, evenals de technologische en organisatorische criteria.
2.4 Activiteiten TNO I&T Den Helder De huidige activiteiten binnen TNO MAT zijn:
• Corrosie; specialisatie in elektrochemische metingen (EIS en ENM). Met deze metingen kan bepaald worden welke soort corrosie en in welke mate deze plaatsvindt op een (gecoat) substraat. Het meten van corrosiebestendigheid wordt o.a. uitgevoerd voor coating-fabrikanten.
Sinds 2005 bestaat er ook een project voor corrosiesensoren “Corrsense” genaamd.
• Metingen van coatings en materialen op onder andere fouling- en release eigenschappen en andere eigenschappen van coatings en materialen.
• Schadeonderzoek, zowel voor bedrijfsleven als voor Defensie, vooral de Koninklijke Marine. Hier wordt gebruik gemaakt van de materiaalkennis binnen TNO MAT.
• Antifouling; ontwikkelen van aangroeiwerende coatings en andere technologieën en het in het laboratorium en veld evalueren van de performance van coatings. Voorbeelden van Europese Antifouling-projecten waar TNO bij betrokken is:
- AMBIO; ontwikkeling van nieuwe Antifouling-materialen gebaseerd op nanotechnologie.
- CRAB; dit is ook een Europees project gericht op aangroei in de maritieme sector waaronder de aangroei op visnetten.
• Onderwijs; op het gebied van materiaalkunde worden ook lessen voor het KIM aangeboden.
2.5 Technologie achter (bio)sensoren
Met biosensoren kunnen biologische organismen, moleculen en andere componenten worden gedetecteerd en/of gekwantificeerd. Het effect van een biosensor is om biologische gebeurtenissen om te zetten naar een elektrisch signaal dat bruikbaar is voor analyse.
Een biosensor bestaat doorgaans uit drie basiscomponenten: een bioreceptor, een transducer en een detector. In figuur 2.3 zien we deze verschillende componenten van een biosensor.
Figuur 2.3: Basiscomponenten Biosensor (intern document)
Praktisch betekent dit dat veel biosensoren bestaan uit een biologisch en een elektrisch deel. Het biologisch deel is een herkenningssysteem. Het elektrisch deel is een signaalomzetter, ofwel de transducer. Het biologische herkenningssysteem, de receptor genaamd, kan zich binden aan een bepaalde stof uit de omgeving (bijvoorbeeld een bacterie), hier een reactie mee aangaan en hierdoor (elektrische) signalen afgeven welke door de transducer opgevangen kunnen worden.
Op dit moment heeft TNO MAT nog geen receptorfunctionaliteit in de sensortechnologie verwerkt.
In eerste instantie wordt bekeken of de elektrochemische transducer, waarvan de technologie voorhanden is, ook geschikt is om bijvoorbeeld laagjes vervuiling (vooral biocontaminatie) te detecteren.
Het werkingsprincipe van deze technologie wordt aan de hand van figuur 2.4a en 2.4b toegelicht. In figuur 2.4b is een laagje op een oppervlak uitgebeeld. In dit geval betreft het een biofilm. Dit is een laagje van micro-organismen die zich in (zeewater) snel op een oppervlak hechten. In figuur 2.4a is te zien dat het laagje een elektrische weerstand opwekt die vervolgens door de transducer gemeten kan worden.
Figuur 2.4a: Werkingsprincipe biosensor Figuur 2.4b: Laagje biofilm op oppervlak
Biofilm
R e Q b R b
Impedance due to biofilm
Transducers kunnen worden gecategoriseerd in vier groepen
• Electronic Transducers
• Electrochemical Transducers
• Optical Transducers
• Whole cell Biosensors
Binnen TNO MAT wordt gebruik gemaakt van elektrochemische transducers gebaseerd op EIS en ENM technieken. Deze technieken worden in bijlage 1 nader beschreven. ENM-metingen ofwel ruismetingen worden gebruikt om corrosieprocessen op een substraat of in een coating in een vroeg stadium te detecteren en/of te monitoren. EIS (Elektrochemische Impedantie Spectroscopie) metingen kunnen, wellicht complementair met ENM (Electrochemical Noise Meausurements), de basis vormen voor het detecteren van laagjes zoals biofouling op warmtewisselaars en organische resten in de voedselverwerkingindustrie.
2.6 Externe analyse (bio)sensoren
In deze paragraaf wordt de eerste aanzet tot de externe analyse gegeven. Hierin zal globaal gekeken worden in welke marktsectoren (bio)sensoren een belangrijke rol vervullen.
In tabel 2.1 wordt een classificatie van sensoren gegeven. Sensoren gebaseerd op elektrochemie horen bij de klasse van de chemische sensoren (zie 1E in figuur groen weergegeven).
Tabel 2.1: Classificatie sensoren
Classificatie Voorbeelden
Sensor Physics 1A Electromagnetic, 1 – 11 Gamma radiation. Optics. Mikrowave. Radiowaves.
1B Mechanical, 12–18 Sound (infra- to ultra-). MEMS. Fluid.
1C Electrical, 19–20 Electrostatic.
1D Magnetic, 21–23
1E Chemical, 24–36 Affinity (molecular recognition). Catalytic reactions. Electrochemistry.Biochemistry
1F Nuclear, 37–38 Nuclear Magnetic Resonance
2 Combination of 1A–1F Opto-acoustics. Membrane technology
System 3 Systemic issues39–46 Materials technology. Fluid physics. Information processing
(Bron: P.D. Andersen et al. / Technovation 24 (2004) 311–32)
In bijlage 2 worden de mogelijke toepassingen van sensoren van de klasse 1 E uit bovenstaand tabel in het groen weergegeven.
Figuur 2.5 geeft aan wat de invloed van sensortypes op de verschillende marktsectoren is. Hieruit (zie oranje gekleurde marktsegmenten) kan afgelezen worden dat chemische sensoren grote invloed hebben op de sectoren agricultuur, food processing, environment, health care, en chemical engineering.
Figuur 2.6 geeft wereldwijd de biosensormarkt weer. Ook valt hieruit te lezen welke sectoren interessant kunnen zijn voor biosensoren.
Figuur 2.6: Wereldwijde Biosensormarkt (Takeda Pacific, 2004)
Figuur 2.5: Invloed van sensortypes op marktsectoren. (P.D. Andersen et al., 2004)
2.7 Selectie van zoekvelden
Tijdens de brainstormsessies, waarbij een deel van de betrokkenen van TNO in het kader van biosense aanwezig waren, is nagedacht over de mogelijke toepassingen voor elektrochemische biosensoren. In combinatie met de interne analyse, de bovenstaande globale externe analyse van biosensoren en interne gesprekken heeft dit geresulteerd in mogelijke toepassingen van biosensoren in de procesindustrie (voedingsector/agricultuur en watersector), de maritieme sector, de energiesector en tot slot in de medische sector. Figuur 2.7 geeft een schematische weergave van het sensortype, de technologie van de transducer en de marktsectoren. Gekozen is om uit te gaan van mogelijke toepassingen voor elektrochemische biosensoren. Deze marktsectoren zijn nog erg vaag gedefinieerd en kunnen gaande het onderzoek ook anders worden gesegmenteerd. De keuze deze
“sectoren” zo te noemen komt voort uit de interne discussies tussen de onderzoeker en de interne begeleider en de strategie van TNO MAT. Binnen het gestelde termijn van dit onderzoek is het ondoenlijk om alle marktsectoren in detail uit te werken. Binnen elke marktsector is verder afgebakend en zijn de interviews uitgevoerd binnen Nederlandse organisaties.
Het onderzoek richt zich op toepassingen van biosensoren ter detectie en/of monitoren van biofouling, microbiële corrosie en specifieke detectie van (schadelijke) micro-organismen. In de volgende subparagrafen worden de drie begrippen nader toegelicht.
2.7.1 Biofouling
Biouling of biologische aangroei is de ongewenste vorming van micro-organismen, algen, mosselen, zeepokken en andere organismen op oppervlakten welke in aanraking komen met water. Een bekend voorbeeld hiervan is biofouling op scheepsrompen, maar ook gedacht kan worden aan biofouling op membraansystemen, in koelwatersystemen van energiecentrales en andere (water)infrastructuur.
Biofouling is onderverdeeld in microfouling – de formatie van biofilm en bacteriën – en
Biosensor Sensortype
technologie transducer
Markt
Optische transducer
Elektrochemisch Piezoelectric Anders
Proces- industrie
Medisch Voeding/Agro
Water
Marktsector Maritiem
-Zeevaart -Oceanografische instrumentatie -Visteelt
Energie
Figuur 2.7: Overzicht marktsectoren voor onderzoek
macrofouling – het hechten van grotere organismen zoals mosselen en pokken (zie figuur 2.8a). In figuur 2.8b wordt het “foulingproces”weergegeven. Tegenwoordig worden verschillende, en vaak voor de natuur schadelijke, (antifouling) coatings gebruikt om de vorming van biofouling tegen te gaan. Door de steeds strengere milieueisen zijn onderzoekers en coating-fabrikanten op zoek naar alternatieve coatings of technologieën om dit probleem aan te pakken.
Figuur 2.8a: Macrofouling op scheepsromp Figuur 2.8b: Het foulingproces
(intern document) (intern document)
2.7.2 Microbiële corrosie
Dit betreft door micro-organismen veroorzaakte corrosie die vaak in zuurstofarme milieus`s optreedt. De zeevaart wordt bijvoorbeeld geconfronteerd met ernstige corrosieschade in bijvoorbeeld ballast tanks, scheepsvlakken, en brandstoftanks (Sonke, 2000). Het betreft: “Microbiologically Influenced Corrosion” (MIC), ofwel microbiële corrosie. Bij deze vorm van corrosie is meestal sprake van een combinatie van verschillende mechanismen die elkaar versterken, welke resulteren in zeer sterk versnelde plaatselijke corrosie met vaak een putvormig uiterlijk. In figuur 2.9 worden voorbeelden van deze vorm van corrosie geïllustreerd. Hierbij valt op dat MIC plaatselijk het materiaal erg kan aantasten.
Figuur 2.9: Biocorrosie, links perforatie pijp en rechts putvorming (intern document)
2.7.3 (Schadelijke) Micro-organismen
In veel marktsectoren vormen schadelijke bacteriën, de zogenoemde pathogenen, en andere micro- organismen een groot probleem. Te denken valt aan bijvoorbeeld de detectie of monitoring van E- coli, Salmonella, Legionella, sporen of schimmels (zie figuur 2.10) in de watersector maar ook in de voedingsmiddelenindustrie. In figuur 2.10a zien we de marktsectoren welke voor pathogene detectie mogelijk interessant zijn, terwijl in figuur 2.10b geïllustreerd wordt naar welke pathogenen bij verschillende detectiemethodes gezocht wordt.
Figuur 2.10: Links (a) interessante marktsectoren voor detectie pathogenen en rechts (b) meest voorkomende soorten pathogenen (Lazcka et al. 2007)
Echter niet alleen pathogene detectie is interessant voor de ontwikkeling van biosensoren. Ook het detecteren van bijvoorbeeld de MRSA bacterie in ziekenhuizen of het monitoren van bacteriën in biologische waterzuivering kan tot mogelijke toepassingen van biosensoren leiden. Bij het detecteren van specifieke bacteriën moet wel in oogschouw worden genomen dat de detectietechnologie vaak heel gevoelig en zeer specifiek behoort te zijn en hierdoor verder afstaat van de technologische mogelijkheden binnen TNO MAT. Om deze technologie te kunnen ontwikkelen zal mogelijk samenwerking met andere kerngebieden en business units gezocht moeten worden.
2.8 Samenvatting
In dit hoofdstuk zijn de zoekgebieden (zoekvelden) voor de ontwikkeling van biosensoren afgebakend. De technologie, de mogelijke toepassingen van biosensoren en de globale marktsectoren waarbinnen het eigenlijke onderzoek zal worden uitgevoerd, is hiermee verder gedefinieerd. Gekozen is om marktsectoren voor verder onderzoek te selecteren waarin biofouling, microbiële corrosie en/of (schadelijke) micro-organismen een belangrijke rol lijken te spelen en mogelijk door elektrochemische biosensoren gedetecteerd of via continue monitoring gevolgd kunnen worden.
Echter om het product beter te kunnen definiëren en de behoefte voor het product te bepalen is meer gedetailleerde informatie over het probleem en de behoeftes van de probleemhebbers vanuit de markt nodig. Het eigenlijke onderzoek is dan ook gericht op de inventarisatie van deze problemen en behoeftes en het genereren van ideeën voor biosensoren. De opzet van dit onderzoek wordt in hoofdstuk 4 behandeld. In het volgende hoofdstuk zullen de achterliggende theoretische concepten die bij dit onderzoek aan bod zijn gekomen worden toegelicht.
3 Theoretische onderbouwing
3.1 Inleiding
In dit hoofdstuk volgt de motivatie voor de gekozen modellen en theorieën welke voor dit onderzoek gebruikt zullen worden. In paragraaf 3.2 wordt ingegaan op het innovatiemodel van Tidd.. Dit model (zie figuur 3.1) geeft aan dat innovatie plaatsvindt tussen drie dimensies: de markt, de organisatie en het product. In dit onderzoek wordt alleen gekeken naar de dimensies markt en product. Hoe de organisatie het beste met innovatie om kan gaan en hoe innovatie georganiseerd moet worden zijn vragen die niet in dit onderzoek wordt meegenomen. Het innovatieproces is in hoofdstuk 1 al besproken aan de hand van het model van Buijs. In dit hoofdstuk wordt ook het model van Roozenburg en Eekels (1991) gebruikt om de fases van het innovatieproces te belichten. Voorts wordt in paragraaf 3.3 ingegaan op de dimensie product. In paragraaf 3.4 wordt het belang van de (Fuzzy) Front End, ook wel de pre-development fase genoemd, toegelicht. In paragraaf 3.5 wordt de doelvinding besproken en tot slot komen in paragraaf 3.6 en paragraaf 3.7 de evaluatiemodellen en evaluatiecriteria aan bod.
3.2 Innovatie en productontwikkeling
Innovatie houdt meer in dan alleen een technische verbetering van producten. Innovatie kan net zo goed betrekking hebben op een product zelf als de marketing. Gevolgen van het op een nieuwe wijze gebruiken (toepassen) van een bestaand product kunnen net zo groot zijn als de gevolgen van het introduceren van het product zelf. Zo merken Garcia en Calantone (2002) in dit kader op dat innovaties verschillen van uitvindingen. Een ontdekking die nooit uit het laboratorium komt, blijft een uitvinding. Pas als een ontdekking in productie genomen wordt en waarde voor de onderneming toevoegt, zelfs als dat in de vorm van kostenbesparingen is, kan het een innovatie genoemd worden.
In deze laatste omschrijving kan innovatie niet los gezien worden van marketing; zonder succesvolle markttoepassing bestaat er geen innovatie. In dit onderzoek wordt het vraagstuk gezien als een innovatievraagstuk en wel om twee redenen. Allereerst betreft de ontwikkeling van elektrochemische biosensoren voor TNO MAT een nieuw product en voor de markt een mogelijke nieuwe oplossing voor een probleem. Hierin komt de nieuwheidfactor duidelijk naar voren. Ten tweede wordt de ontwikkeling nu meer marktgericht aangepakt en in dit verband is er sprake van innovatie binnen het ontwikkelingsproces.
De problematiek in dit onderzoek wordt gezien als een innovatievraagstuk. TNO MAT wil nieuwe producten (biosensoren) ontwikkelen en voor de indeling van dit hoofdstuk en de afbakening wordt gebruik gemaakt van het model van Tidd (2001) (zie figuur 3.1). Innovatie wordt hierbij beschouwd
Organisatie
Product Markt
Figuur 3.1: Generiek innovatiemodel (Tidd, 2001)
als een interactie tussen structuren en processen welke innovatie ondersteunen, en specifieke technologieën en markten identificeren. Het is tegenwoordig niet voldoende om zich op een enkele dimensie van innovatie te richten: veranderingen in technologie, markt en organisatie hebben invloed op elkaar (Tidd, 2001: preface: x1).
3.2.1 Interpretatie innovatiemodel
Volgens Tidd (2001) wordt een innovatievraagstuk beïnvloed door de dimensies organisatie, product en markt. Deze drie dimensies hebben continu invloed op elkaar en dit wordt door de pijlen in figuur 3.1 weergegeven. In dit onderzoek wordt aandacht gevestigd op strategische keuzes met betrekking tot de product-markt-combinaties en wordt in het model van Tidd de dimensie technologie vervangen door de dimensie product. Voor deze benadering is gekozen omdat gedacht wordt vanuit het perspectief van de mogelijke eindgebruiker. Uit de interviews is namelijk gebleken dat de mogelijke gebruikers van de biosensoren alleen geïnteresseerd zijn naar wat het product doet (de functie van het product) en niet zozeer hoe dit tot stand komt (de technologie).
Het product in het kader van dit onderzoek is een biosensor met bepaalde eigenschappen. Deze eigenschappen moeten in staat zijn een bepaalde functie te vervullen die gehoor geeft aan een bepaalde behoefte van de potentiële gebruiker. Hoe beter de functie van de sensor in de behoefte van eindgebruiker kan voorzien, hoe meer waarde deze sensor voor TNO MAT en de eindgebruiker heeft. Afgezien van de waarde van het product voor de eindgebruiker of de maatschappij, door middel van de sociaaleconomische functie, moet er natuurlijk ook waarde worden gegenereerd voor onderneming zelf (Eekels en Poelman, 1995), dit kan door de zogenoemde bedrijfseconomische functie. De functies van het product worden verder in dit hoofdstuk besproken.
Technologie zelf is het toepassen van kennis in praktische situaties. Zonder deze situaties, de context van de technologie, kan technologie niet bestaan en gaat het dus puur om kennis. Er is pas sprake van technologie als er een bepaalde behoefte voor de ontwikkelde techniek bestaat. Voor TNO wordt kennis ten behoeve van een bepaalde technologie wel als product beschouwd, maar dan heeft deze een meer sociaaleconomische functie dan een bedrijfseconomische functie. Dit kan het geval zijn wanneer men uit strategisch oogpunt ervoor kiest om kennis in een bepaalde richting te vergaren omdat vanuit de organisatie gedacht wordt dat deze kennis in de toekomst zeer waardevol kan zijn. Binnen TNO kan in dit verband de KaVoT (kennis als vermogen over thema`s heen)- structuur als voorbeeld dienen. KaVoT-projecten zijn projecten met als doel kennis te verkrijgen welke door het strategisch management in de toekomst als waardevol wordt beschouwd.
Binnen de dimensie markt wordt gekeken naar de problemen in de markt, de marktontwikkelingen, de behoefte van potentiële gebruikers en het voordeel van het gebruik van biosensoren. Deze informatie zal als input dienen voor de ontwikkelingsrichting van biosensoren. De dimensie markt wordt in het volgende hoofdstuk uitgewerkt.
3.2.2 Product markt combinaties (PMC’s)
In de jaren zestig was ‘product-markt-combinaties’ (PMC) al een bekend begrip. Door snelle ontwikkelingen in de technologieën werd duidelijk dat naast de dimensie product ook de dimensie technologie belangrijk is omdat een product gebaseerd kan zijn op verschillende technologieën.
Door de snelle ontwikkeling van verschillende technologieën wordt duidelijk dat een product kan
zijn gebaseerd op verschillende technologieën. In de jaren zeventig voegt Abell (1980) dan ook aan de product-markt-combinaties de dimensie van ‘technologie’ toe. In dit onderzoek zal getracht worden vanuit de behoefte, geïdentificeerd tijdens de interviews, een beschrijving te gegeven van het product dat volgens de geïnterviewden een mogelijke toegevoegde waarde heeft. Als de toepassingen van biosensoren beter bekend zijn wordt ook duidelijker welke technologieën gebruikt kunnen worden om het product de benodigde functie te laten vervullen.
3.2.3 De structuur van het innovatieproces
In dit onderzoek is al in hoofdstuk 1 ingegaan op het innovatie-stappen-model van Buijs. De reden van het gebruiken van dit model in dit onderzoek is dat dit model zowel de fases als de activiteiten in het innovatieproces weergeeft. Ook geeft dit model een gestructureerde wijze om dit onderzoek in stappen uit te voeren en, door de formulering van zoekvelden, beter af te bakenen. Buijs en anderen benadrukken dat binnen elke fase van het innovatieproces gedivergeerd en geconvergeerd wordt. Dit houdt in dat in elke fase van het innovatieproces alternatieven worden gegenereerd (divergeren) en keuzen worden gemaakt uit deze alternatieven (convergeren) (Roozenburg en Eekels, 1991). Het model van Roozenburg en Eekels (zie figuur 3.2) vertoont een grote mate van gelijkenis met het model van Buijs, echter geeft Buijs duidelijker weer wat de activiteiten binnen de doelvinding van het innovatieproces zijn.
Figuur 3.2: De fasen van het innovatieproces (Roozenburg en Eekels, 1991)
Uit het model van figuur 3.2 valt af te lezen dat de fases koersbepaling en doelbepaling uit het model van Buijs overeenkomen met de beleidsformulering en de doelvinding welke samen de productplanning vormen in het model van Roozenburg en Eekels. Dit onderzoek is gericht op de doelvinding.
3.2.4 De activiteiten in het innovatieproces
Zoals eerder betoogd bestaat het innovatieproces volgens de algemene literatuur uit de fases beleidsformulering, doelvinding, strikte ontwikkeling en realisering.
Aan deze fases liggen een aantal activiteiten ten grondslag. Vaak zullen deze fases in de praktijk, zo ook bij TNO, elkaar overlappen. Bij TNO MAT is dit het geval omdat in het kader van dit onderzoek gezocht wordt naar ontwerpdoelen, in dit geval een activiteit behorend tot de doelvindingsfase, en hier parallel aan de “proof of principle”voor de basistechnologie al gelegd wordt. Proof of Principle is het bewijs (in termen van technisch kunnen) dat het principe van de technologie in een bepaalde toepassing werkt. Normaliter zal men juist verwachten dat het ontwerpen van de technologie, waarop het product is gebaseerd, pas tijdens de strikte ontwikkeling van het product plaats zou vinden.
Om het proces van productontwikkeling effectiever te maken implementeren organisaties vaak formele en gestructureerde procedures zoals Stage-Gate (Cooper 1993) of PACE (McGrath and Akiyama, 1996). Het effectiever maken van het productontwikkelingsproces wordt bereikt door het ontwikkelingsproces vooraf te verdelen in een aantal stadia (Stages). Tussen de stadia zitten de
“Gates”. Dit zijn meestal interdisciplinaire vergaderingen om de voortgang van de productontwikkeling te evalueren.
In dit onderzoek worden productideeën, en niet de productconcepten, gekoppeld aan een toepassing in de markt (samen de PMC`s) geëvalueerd. Voor de evaluatie van productconcepten is meer technische en financiële informatie nodig die in dit stadium van de ontwikkeling nog niet voorhanden is.
3.3 Het product 3.3.1 Het product
In hoofdstuk 2 is al ingegaan op de definitie van biosensoren als product. Een product, in economische zin, is iets wat kan worden verkocht door een onderneming aan een klant. Dit kan een tastbaar product zijn, een dienst of een combinatie hiervan. Gekozen wordt voor de term product omdat de potentiële gebruikers van biosensoren vanuit een product redeneert en het voor deze gebruikers niet interessant is welke technologieën het functioneren van het product mogelijk maken.
Verder dient vermeld te worden dat technologie zelf in dit onderzoek ook als product beschouwd wordt, evenals kennis die hiervoor nodig is. Het is maar waar de klant “behoefte” aan heeft. Tijdens de interviews bij de potentiële eindgebruikers is getracht de behoefte te vertalen naar functies en eisen van het product. Vervolgens is bekeken wat de technologische haalbaarheid van een productidee is. De functies van een product worden in figuur 3.3 weergegeven.
Figuur 3.3: De verschillende functies van een product (Roozenburg en Eekels)1991)
Hierin is te zien dat een product een sociaaleconomische functie en een bedrijfseconomische functie heeft. Bij sociaaleconomische functie gaat het om waarderealisering door behoeftebevrediging bij de potentiële eindgebruikers, terwijl bij de bedrijfseconomische functie de waarderealisering door ondernemingsinkomen gegenereerd wordt.
3.3.2 Productplanning
De eerste twee activiteiten in het innovatieproces behoren volgens Roozenburg en Eekels tot de
“productplanning” (zie figuur 3.2: beleidformulering en doelvinding). Met deze activiteiten wordt vastgesteld welke producten ontwikkeld zullen worden en wanneer. Het takenpakket van de productplanning dient wel enige aandacht omdat dit in verschillende fases van productontwikkeling een rol heeft. Voor dit onderzoek wordt slechts op een gedeelte van de productplanning op een bepaald niveau gedoeld. De taken van productplanning op verschillende niveaus zien er als volgt uit a) Beleidsniveau: Het leveren van een bijdrage aan de beleidsformulering.
b) Programmeringsniveau: De doelvinding, inclusief evaluatie en selectie van PMC`s.
c) Ontwikkelingsniveau: Begeleiding van (strikte) ontwikkeling d) Uitvoeringsniveau: Bewaking van producten en activiteiten
Zoals eerder betoogd is dit onderzoek gericht op de doelvinding, hiermee wordt bedoeld het zoeken en selecteren van interessante ideeën voor product-markt-combinaties. Deze activiteiten behoren volgens Eekels en Poelman (1995) tot het programmeringsniveau (zie b). Opgemerkt dient te worden dat aanbevelingen over product-markt-combinaties ook hun weerslag kunnen hebben op het beleidsniveau omdat de keuze, uiteraard ondersteund door de geïdentificeerde behoefte in de markt, voor een bepaalde markttoepassing een strategische beslissing kan zijn. Deze beslissing geeft op lange termijn aan in welke richting TNO MAT zich wil ontwikkelen, en hiermee aangegeven wordt welke eindgebruikers (marktpartijen) de voorkeur verdienen.
Volgens Roozenburg en Eekels (1991) wordt in ondernemingen van enige omvang met productplanning niet gedoeld op een specifiek product, maar een assortiment van producten, ook wel de “product mix of product-marktplan” genoemd. In dit onderzoek wordt gedoeld op de product- markt-combinaties zelf en niet op de samenstelling van deze combinaties (de productportfolio).
De schakel tussen productplanning en de strikte ontwikkeling is het idee van een nieuwe activiteit, en daarin neemt het idee voor een product een belangrijke plaats in. In een productidee komen de elementen technologie en marktbehoefte samen en dienen in elkaar te passen. Volgens de literatuur kan dit op twee manieren. Bij “technology push” wordt bij het ontwerpen van een product vanuit het technologisch kunnen naar toepassingen gezocht. In geval van “market pull” wordt eerst gekeken
