تعزيز سلامة المركبات الكهربائية باستخدام الطلاء المعتمد على TiO2

يُعدّ الليدار عنصرًا أساسيًا في المركبات ذاتية القيادة اليوم، إذ يُستخدم لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للبيئة. ورغم التطورات الحديثة في قدرات استشعار الليدار، إلا أنه لا يزال يواجه صعوبة في استشعار المواد الماصة للضوء، مثل الأجسام شديدة السواد. وقد أظهرت دراسة حديثة دراسة نُشرت دراسة في مجلة ACS Applied Materials & Interfaces توضح كيف يُمكن للطلاء المُركّب من ثاني أكسيد التيتانيوم أن يُساعد في حل هذه المشاكل. إليك كل ما تحتاج لمعرفته.

ما هو ليدار؟

لفهم سبب حاجتك إلى طلاء أسود عالي الانعكاس، عليك أولاً التعرف على تقنية LiDAR واستخداماتها المتعددة. LiDAR عبارة عن مستشعر عاكس للضوء يمكنه تحديد شكل الأشياء ومسافتها بدقة كبيرة. تعمل هذه الأنظمة مثل السونار، حيث أنها ترسل إشارة ترتد مرة أخرى. يمكن استخدام المعدل الذي تعود به الإشارة لوصف الوقت أو البيئة.

المصدر - مستشعر Acroname LiDAR

يستخدم LiDAR نبضات ضوئية صغيرة بدلاً من الصوت. يوفر هذا الهيكل دقة أكبر في العديد من الظروف. اليوم، يعد LiDAR مكونًا أساسيًا في العديد من الأجهزة الآلية. لقد تحسنت هذه التكنولوجيا بشكل ملحوظ على مدى السنوات الخمس الماضية بفضل تكامل الذكاء الاصطناعي الذي يقود أنظمة أكثر ذكاءً.

طلاء أسود عاكس للغاية

يمكن دهن الطلاء الأسود عالي الانعكاس بسهولة على العناصر لضمان قدرة الأسطول المتنامي من المركبات ذاتية القيادة على رؤيتها بوضوح. قد لا يبدو هذا التقدم أمرًا مهمًا، ولكن عندما تدرك أن هناك ما يقدر بـ 2,531,206 سيارة هجينة تعمل بالبطارية والقابس على الطريق اليوم، يمكنك أن ترى سبب أهمية عدم اصطدام هذه المركبات بالمجتمع. والجدير بالذكر أن المحللين يتوقعون أنه سيكون هناك +26.4 مليون سيارة كهربائية على الطرق السريعة في الولايات المتحدة بحلول عام 2030.

يمكن أن يساعد استخدام الطلاء المعتمد على TiO2 في إنقاذ ملايين الأرواح في المستقبل. وإدراكًا لهذه الحقيقة، شرعت مجموعة من المهندسين المبتكرين بقيادة Chang-Min Yoon في مهمة لإنشاء طلاء أسود عاكس فائق LiDAR يمكن تطبيقه بسهولة ومتين ومقاوم للحرارة. وكانت نتائج أبحاثهم عبارة عن طريقة جديدة للطلاء والإنشاء تعتمد على TiO2 والتي يمكن تكرارها بسهولة وتطبيقها بأقل التكاليف.

كيف يتم تصنيع الطلاء المعتمد على TiO2 (ثاني أكسيد التيتانيوم).

تختلف عملية صنع الطلاء المعتمد على TiO2 عن الطلاء التقليدي الذي يتم فيه خلط الأصباغ مع الراتنج والمذيبات والمواد المضافة لإنشاء طبقة قابلة للدهن. لإنشاء طلاء يعتمد على TiO2، قرر الباحثون اتباع نهج جديد. لقد أكملوا خطوات النقش الخاصة بالعملية قبل التخفيض.

كانت الخطوة الأولى هي صنع صفائح رفيعة باستخدام TiO2 الأسود المجوف (HL/BT). ولإنجاز هذه المهمة، أضافوا طبقة رقيقة من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) إلى شظايا زجاجية مجهرية صغيرة. ثم تم استخدام حمض الهيدروفلوريك لحفر الزجاج بعيدًا. هذه الطريقة، التي تسمى sol-gel، تترك وراءها بقايا TiO2 شديدة الانعكاس.

أراد الباحثون أن يأخذوا إبداعهم إلى أبعد من ذلك. وخلصوا إلى أن تخفيض NaBH4 يمكن أن يؤثر على حالة الأكسدة. ثم قاموا بخلط المادة مع الورنيش، مما أدى إلى إنشاء طلاء أسود عاكس للغاية وقابل للدهن بسهولة قبل الدخول في مرحلة الاختبار.

النتائج

وتبين أن الطلاء النهائي يبلغ سمكه 140 نانومتر (HL/BT140). هذا السماكة مطلوب حيث يجب تطبيق الطلاء على الأسطح غير المستوية والغريبة الشكل. أظهر اختبار سواد الطلاء أن السواد (L*) يبلغ 13.3. هذا مشابه للطلاء الأسود الشائع.

أظهر الاختبار نفسه انعكاسًا عاليًا للأشعة تحت الحمراء القريبة بنسبة 23.6% عند طول موجي 905 نانومتر. فاقت هذه النتائج توقعات الباحث، وأثارت دهشة في قطاع المركبات ذاتية القيادة. ومن المتوقع أن يساعد هذا الوعي المتزايد الباحثين في الحصول على تمويل إضافي.

اختبار الطلاء المعتمد على TiO2

شرع الفريق في إثبات أن ابتكارهم كان صديقًا لـ LiDAR باستخدام نوعين مختلفين من مستشعرات LiDAR المستخدمة اليوم، مستشعرات تدور 360 درجة وتعتمد على المرآة. يمكن العثور على هذه المستشعرات في كل شيء بدءًا من السيارات ذاتية القيادة وحتى المكانس الكهربائية الآلية وحتى الطائرات العسكرية بدون طيار. وعلى هذا النحو، هناك طلب كبير على تحسين هذه التكنولوجيا بأقل تكلفة ممكنة.

لم تكن هناك حاجة للاستمرار في مرحلة الاختبار الخاصة بهم، حيث تمكن نظام LiDAR من التعرف بسهولة على الطلاء المعتمد على TiO2 باستمرار، حتى في السيناريوهات المظلمة والصعبة بصريًا. واختبر الباحثون الطلاء في ظروف جوية سيئة وفي ظلام دامس للتأكد من دقة نتائجهم. وخلصوا إلى أن طلاءهم الجديد كان الحل الأمثل لمنع تصادم المركبات المستقلة.

تطبيقات العالم الحقيقي

أصبحت المركبات ذاتية القيادة متاحة الآن، ويمكن أن يساعد الطلاء المعتمد على TiO2 في إنقاذ الأرواح. يمكن استخدام هذا النمط من الطلاء لضمان أداء السيارة كما وعدت بها، حتى في ظروف الرؤية السيئة. يمكنك رؤية طلاء ثاني أكسيد التيتانيوم المستخدم لتحديد مناطق المدارس واللافتات والمركبات والممرات وغير ذلك الكثير. ومن المثير للاهتمام أنه سيبدو مثل الطلاء الأسود العادي للركاب، ولكن بالنسبة لسيارتك ذاتية القيادة، فسوف يلمع بأكبر قدر ممكن من السطوع. يوفر هذا النهج نتائج موثوقة ومنخفضة التكلفة يمكن تنفيذها على الفور.

قفزات كبيرة للأمام في مجال سلامة السيارات

إن إدخال الطلاء الأسود عالي الانعكاس يمكن أن ينقذ ملايين الأرواح في المستقبل. وقد ساعدت مفاهيمها المبتكرة مثل هذه في تحويل ركوب سيارتك المفضلة من كونها خطرة إلى نشاط آمن للغاية. فيما يلي بعض الابتكارات الرائعة الأخرى التي غيرت عالم السيارات إلى الأبد.

فولفو تطرح حزام الأمان ثلاثي النقاط – 3

يجب عليك تسليمها لهؤلاء الدراجين الشجعان قبل الستينيات. كان هؤلاء السائقون يتجولون في سياراتهم الفولاذية الثقيلة بأحزمة الحضن فقط. هذا النوع من الحزام لن يتحكم في جذعك العلوي. على هذا النحو، كان من الشائع أن يتعرض الأشخاص لإصابات في الرأس والجزء العلوي من الجسم أثناء ارتداء حزام الأمان.

قام مهندس فولفو نيلز بوهلين بتغيير كل شيء مع تقديم حزام الأمان ثلاثي النقاط في عام 3. وكانت فولفو أمازون وفولفو PV1959 أول سيارتين تفجران هذه التكنولوجيا الثورية التي أبقت نصفك العلوي والسفلي مقيدًا. والجدير بالذكر أن أحزمة الأمان أصبحت قياسية اليوم في كل مركبة، وذلك لأسباب كبيرة. لقد أنقذوا ملايين الأرواح ويمكن اعتبارهم أحد الاختراعات التي ساعدت معظم الناس على مدار المائة عام الماضية.

رغم أن فولفو شركة عامة، إلا أنها مُدرجة بشكل رئيسي في بورصة ناسداك ستوكهولم في السويد. في الولايات المتحدة، يُمكن تداول أسهم فولفو من خلال شهادات الإيداع الأمريكية (ADRs) تحت رمز التداول خارج البورصة "VLVLY".

جنرال موتورز تقدم الوسائد الهوائية – 1973

(GM )

كانت جنرال موتورز في الطليعة عندما طرحت أول وسائد هوائية في عام 1973. وكانت أولدزموبيل تورونادو أول سيارة تقدم جهاز الأمان الثوري هذا للجمهور. خلال تلك الحقبة، كانت ميزة الأمان التجريبية تسمى ""نظام تقييد وسادة الهواء".

لم يُحدث إطلاق الوسائد الهوائية لأول مرة استجابةً كبيرةً في السوق. لاحظت جنرال موتورز أن المستهلكين لم يكونوا متحمسين. قدّر المستهلكون السلامة الإضافية، لكنهم لم يدركوا حجمها إلا بعد ظهور التقارير بعد سنوات. لذلك، ألغت جنرال موتورز الوسائد الهوائية في سياراتها بعد أربع سنوات فقط، أي عام ١٩٧٧.

وبمجرد أن كشفت الأرقام عن آثار الاختراع المنقذة للحياة، ارتفع الطلب. ومع ذلك، لم يكن الأمر كذلك حتى عام 1988 عندما جعلت حكومة الولايات المتحدة أخيرًا الوسائد الهوائية إلزامية للركاب الأماميين. اليوم، أصبحت الوسائد الهوائية قياسية في جميع السيارات الجديدة. لقد أنقذت هذه الأجهزة القابلة للنفخ عددًا لا يحصى من الأرواح وتظل أحد أنظمة السلامة الأساسية التي تحميك أنت وأحبائك أثناء النقل.

مرسيدس بنز تقدم نظام ABS – 1978

هناك ترقية رئيسية أخرى للسلامة ساعدت في الحفاظ على سلامة الناس على الطرق السريعة وهي إدخال أنظمة فرامل ABS في عام 1978. وكان أول نظام ABS في سيارة مرسيدس بنز الفئة S W116. تميزت هذه السيارة الراقية بمجموعة من خيارات الفخامة والسلامة الحصرية في وقتها.

كان نظام ABS ثوريًا لأنه منع عجلة القيادة من الانغلاق أثناء الكبح الشديد. يراقب نظام ABS انغلاق العجلات، ويحرر المكابح ويفعّلها بسرعة لمنع فقدان التوجيه. بعد سنوات طويلة من البحث المضني، استطاعت مرسيدس طرح أول نظام مكابح مانعة للانغلاق متعدد القنوات للعجلات الأربع. واليوم، أصبح هذا النظام قياسيًا في جميع السيارات.

على غرار فولفو، تُعدّ مرسيدس بنز شركةً عامة مُدرجةً بشكلٍ رئيسي في بورصةٍ أوروبيةٍ، وهي بورصة فرانكفورت الألمانية. كما يُمكن تداول أسهمها كإيداعاتٍ أمريكيةٍ خارج البورصة تحت رمز "MBGYY".

مستقبل سلامة السيارات

تُغيّر التطورات في مجال السلامة باستمرار طريقة تنقل الناس. تشمل الميزات القياسية اليوم وسائد هوائية متعددة، وأحزمة أمان، وأنظمة منع تصادم، وغيرها. تعمل جميع هذه الابتكارات بتناغم لخلق بيئة آمنة قدر الإمكان. ويُضيف طرح المركبات الذكية مستوى آخر من تحسينات السلامة إلى هذه المعادلة.

يعتقد الكثيرون أن الطرق سوف تفتقر قريباً إلى السائقين البشريين على الإطلاق. لقد لاحظوا أن عصر المركبات ذاتية القيادة والتي يتم التحكم فيها بواسطة الذكاء الاصطناعي يقترب بسرعة. وبالتالي، يمكن زيادة السلامة عن طريق تحديث برنامج بسيط، أو تغيير الطلاء، أو ترقية أجهزة الاستشعار بدلاً من إنشاء إطارات أو أحزمة أمان جديدة.

الطلاء المعتمد على TiO2 – ترقية ذاتية للسلامة يحتاجها الجميع

ستبقى المركبات ذاتية القيادة موجودة لأسباب عديدة. فهي قادرة على تحسين السلامة، وخفض التكاليف، وتسهيل الحياة اليومية لملايين البشر. وسيساهم طرح طلاء ثاني أكسيد التيتانيوم في جعل هذا السيناريو أكثر أمانًا للجميع. في الوقت الحالي، لا يزال هناك الكثير من الأبحاث التي يتعين إجراؤها حول الجانب التجاري لهذا المشروع. لذا، من الحكمة متابعة هذا التطور وكيفية تطبيقه في السنوات القادمة.

تعرف على مشاريع النقل الرائعة الأخرى اضغط هنا.