Привет, Хабр, на связи online.auto!
Мы являемся агрегатором автомобилей и естественно, мы тесно следим за тенденциями автомобильного мира.
Мы уверены, что автолюбители должны быть в курсе последних технологических разработок, чтобы делать осознанный выбор, исходя из индивидуальных потребностей и предпочтений. Каждое новшество на авторынке – это то, что стоит обсудить.
Одна из интересных технологий, которая постепенно появляется в некоторых автомобилях - это умное стекло, способное изменять свою прозрачность и даже отображать информацию.
Можно ли уже говорить о том, что умное стекло уже стало неотъемлемой частью нашего автомобильного будущего? Или это все еще экзотика, доступная лишь элите? Насколько эта технология прижилась в некоторых автомобилях и какие преимущества она реально способна предложить среднестатистическому водителю?
На эти и многие другие вопросы мы постараемся ответить в нашей сегодняшней статье.
Основные технологии умного стекла
Полимерно-дисперсные жидкие кристаллы
Полимерно-дисперсные жидкие кристаллы представляют собой класс материалов, которые объединяют в себе свойства жидких кристаллов и полимерных матриц. Они получаются путём диспергирования микроскопических капель жидкого кристалла в твердой или желеобразной полимерной матрице. При этом дисперсия жидких кристаллов в полимере создаёт композитный материал, который может менять свои оптические характеристики под воздействием электрического поля.
Основной принцип работы ПДЖК основан на способности жидких кристаллов менять ориентацию их молекул под воздействием внешнего электрического поля. В отсутствие поля молекулы жидких кристаллов в каплях дисперсии ориентированы случайным образом, что приводит к рассеиванию света и делает материал непрозрачным. При приложении электрического поля молекулы жидких кристаллов переориентируются так, что они выстраиваются в одном направлении, позволяя свету проходить через материал, что делает его прозрачным.
Для создания ПДЖК, сначала необходимо подготовить дисперсию жидких кристаллов в полимере. Это достигается за счет полимеризации под воздействием УФ-излучения, термоиндуцированной фазовой сепарации или эмульсификацией.
В создании ПДЖК очень важно контролировать размер капель жидкого кристалла и их равномерное распределение в полимерной матрице. Размер капель влияет на пороговое значение напряжения, при котором материал меняет свою прозрачность, а также на скорость этого перехода.
Стекла с взвешенными частицами или SPD
Умное стекло SPD имеет способность контролировать затемнение.
Основа работы SPD - это микроскопические частицы, взвешенные в жидкости, заключённой между двумя слоями стекла или прозрачного полимера. Эти частицы под воздействием электрического поля способны изменять свою ориентацию внутри жидкости, что в свою очередь влияет на степень прозрачности стекла.
В отсутствие электрического поля частицы ориентированы случайным образом, из-за чего свет, проходя через стекло, рассеивается, и стекло становится непрозрачным. Когда к стеклу прикладывается напряжение, частицы выстраиваются в одну линию, позволяя свету проходить более свободно, и стекло становится прозрачным. Уровень прозрачности можно регулировать, изменяя величину приложенного напряжения, что позволяет настраивать степень затемнения стекла в широком диапазоне.
Для создания SPD-стекла специальная жидкость с взвешенными частицами помещается между двумя слоями стекла или прозрачного полимера. Эти слои обычно покрываются проводящим прозрачным покрытием, которое служит электродами для приложения электрического поля. Вся конструкция герметизируется, чтобы предотвратить утечку жидкости и попадание влаги и пыли.
Для изменения степени прозрачности SPD-стекла используется контроллер, который регулирует напряжение, приложенное к электродам. Это позволяет мгновенно изменять степень затемнения стекла от полной прозрачности до значительного затемнения. Такая система требует минимального электропитания для поддержания заданного уровня затемнения.
Электрохромные стекла
Самая вишенка на торте - это электрохромное стекло, в целом с ним связывают в основном все то, что называют "умным стеклом".
Основой такого стекла является слой электрохромного материала, чаще всего оксида вольфрама, который может менять свои цвет и степень прозрачности при приложении электрического напряжения. Это достигается за счет перемещения ионов лития через слои стекла, изменяя его структуру и, соответственно, оптические свойства.
Принцип работы электрохромных стекол основан на явлении электрохромизма. Если коротко, то электрохромизм — это явление, позволяющее определенным материалам изменять свой цвет или степень прозрачности под воздействием приложенного электрического тока.
Структура электрохромного стекла включает в себя пять слоёв, нанесенных на подложку из тонкого стекла. Перечислим их от внешнего слоя к внутреннему:
Прозрачный проводящий оксид (TCO) - первый слой, который непосредственно соприкасается с внешней средой, выполнен из прозрачного проводящего оксида. Этот материал обеспечивает необходимую проводимость, не ухудшая при этом прозрачность стекла. Такие оксиды, как оксид индия и олова, или тот же оксид алюминия и цинка, широко используются в качестве TCO из-за их сочетания прозрачности и проводимости.
Электрохромный слой - следующий за TCO, электрохромный слой содержит в основном оксид вольфрама, который меняет свой цвет при приложении электрического напряжения. Это изменение цвета позволяет контролировать степень затемнения стекла.
Слой ионного проводника (или электролит) - слой располагается между электрохромным и противоэлектродом. Он пропускает ионы лития (или прочие металлы), но не электроны, что позволяет ионам перемещаться к электрохромному слою и обратно при изменении направления тока.
Противоэлектрод (или слой цветового компенсатора) - противоэлектрод выполняет роль балансира для ионов, перемещаемых из электрохромного слоя. Он также может служить цветовым компенсатором, помогая поддерживать однородность цвета по всей поверхности стекла.
Второй слой прозрачного проводящего оксида - обеспечивает замыкание электрической цепи. Он идентичен первому слою TCO и обеспечивает равномерное распределение электрического тока по всей поверхности стекла.
Итак, где же это все это находит применение?
Одна из основных компаний в производстве умных стекло, примеры работ, которые мы будем рассматривать - это Израильская Gauzy Ltd, которая была основа аж в 2009 году. Да-да, тогда уже были первые наработки и первые инвестиции в компанию, в том числе и от Hyundai Motor.
Компания располагает современным производственным объектом площадью 11 000 (!!!) квадратных метров вблизи Штутгарта в Германии, специально предназначенным для производства 1 000 000 квадратных метров материала SPD в год для автомобильной сферы. Также у нее есть объекты во Франкфурте и Баден-Вюртемберге.
Согласитесь, звучит впечатляюще.
Продукты Gauzy включают PDLC и SPD, которые мы рассмотрели выше.
Mercedes-Benz
В 2017 году Gauzy объявила о партнёрстве с Daimler AG, производителем автомобилей Mercedes-Benz. Суть партнёрства заключалась в использовании разработанных Gauzy технологий для создания транспарентных дисплеев на автомобильных окнах, что позволяло переключать стекла с прозрачного на непрозрачное состояние по требованию и транслировать на них видео и изображения в высоком разрешении.
В рамках этого сотрудничества Gauzy представила первую в отрасли плёнку Dark RetroFit LC. Когда окна становились непрозрачными, на них проецировались видео и изображения высокого качества, а при запуске двигателя стекла снова становились прозрачными, готовыми к движению. Эта разработка стала первой в своём роде.
В некоторых моделях Mercedes S-Class уже давно устанавливается SPD стекло, которое позволяет изменять прозрачность люка на крыше с одним нажатием кнопки - от светлого до темного. В светлое время суток крыша становится почти полностью прозрачной, создавая ощущение открытого неба даже в холодную погоду. В темное время суток светопропускание уменьшается до менее 1%, что снижает перегрев автомобиля. Эту технологию в Mercedes назвали Magic Sky Control.
Благодаря этому партнёрству Gauzy получила возможность участвовать в акселераторе StartUp AutoBahn, где компания сотрудничала с крупными производителями OEM на протяжении 100 дней для разработки автомобильных технологий, которые впоследствии планировалось внедрить в серийное производство компаниями вроде Mercedes-Benz.
BMW тоже не отстает
На международном автосалоне IAA в Мюнхене Gauzy представила будущее автомобильных дисплейных окон в сотрудничестве с такими гигантами, как LG, BMW, и Texas Instruments.
BMW и Gauzy на нем представили некоторые технологии смарт стекла в концепт-каре BMWi Vision Circular Showcar.
С помощью стекол получилось реализовать динамическое затемнение фар, которые становятся прозрачными при запуске автомобиля, раскрывая освещение и поддерживая футуристический внешний вид автомобиля. Когда SPD выключен, фары скрыты, но при запуске автомобиля SPD становится прозрачным, мгновенно раскрывая фары, которые освещают окружающую среду.
Это первый в своем роде дизайн фар, который трансформирует внешний вид автомобиля из единого и гладкого черного панельного дизайна с скрытыми фарами в скажем так, "интерактивную" машину при запуске автомобиля и появлении света.
Также Gauzy заявило том, что:
SPD стекло блокирует УФ, ИК-лучи, шум и до 99,5% света для индивидуального затенения, сохраняя при этом видимость окружающей среды. Испытания показывают, что SPD может снизить потребление топлива и увеличить запас хода электромобилей до 5,5%, сократить выбросы CO2 на 4 грамма на километр, блокировать 95% тепла и снизить температуру внутри автомобилей на 18ºF/10ºC.
Прочие примеры
Gauzy также интегрировала PDLC в люк минивэна Longzhi Benz 260L MPV, представленного на 20-й Шанхайской международной автомобильной выставке:
Это решение дополнило роскоши и кофморта к минивену за счет динамического контроля света, мгновенной приватности, защиты от УФ-излучения и улучшенной эстетики.
Также Gauzy модернизировала зеркала заднего вида на 2300 лондонских автобусах (а может уже и больше), устанавливая систему мониторинга с камерами. Система адаптируется к различным условиям освещения и снабжена обогревом для предотвращения запотевания и обледенения.
В проекте Thor electric camper van используются окна с технологией смарт-стекла от Gauzy, создающие комфортное пространство для жизни в дороге. Умное стекло позволяет создавать приватное пространство по требованию или наслаждаться видами без помех, управляется через сенсорный экран или интеграцию с умными устройствами.
Такое решение избавляет от необходимости использовать традиционные шторы, кстати, есть видео на ютубе (для удобства ссылка с нужного тайминга):
Нам было бы интересно узнать, что бы вы выбрали для своего кэмпинга? Шторки или же такое стекло? Или и то и другое? Под статьей будет опрос!
Мы также наблюдаем как переключаемая пленка использовалась в автомобилях скорой помощи США. Эта пленка позволяет парамедикам иметь обзор вне автомобиля, одновременно обеспечивая конфиденциальность при необходимости. Посещение скорой помощи часто является стрессовым событием, а ограниченное освещение внутри автомобиля только усугубляет ситуацию. Когда пленка становится прозрачной, пациенты чувствуют себя более комфортно, что смягчает их состояние. Иногда требуется полная конфиденциальность, и пленка обеспечивает это, не мешая естественному свету, чтобы создать пространство, которое кажется естественным и уютным:
Также смарт-стекло используют некоторые автосалоны для более презентабельного и интересного вида презентации автомобиля, например, Mercedes:
Умное стекло представляет собой перспективное направление, однако сталкивается с рядом проблем и вызовов. Основные из них - высокая стоимость, сложности интеграции с существующими автомобильными системами и естественно, вопросы надежности.
Несотря на текущие сложности, потенциал умного стекла в автомобилях обещает серьезные изменения в комфорте и безопасности вождения.
Каким бы не был технологический прогресс важно не забывать о главном...
А именно о том, что очень важно среди тысяч предложений автомобилей выбрать тот, что был бы без скрытых проблем. Рынок автомобилей перегружен предложениями, поиск идеального авто - весьма сложная задача для неподготовленного пользователя.
С online.auto можно сэкономить не только время, но и деньги, благодаря точным оценкам и глубокому анализу рынка в режиме реального времени с помощью ИИ.
С нами - прозрачно и просто.