Verbesserung der Sicherheit von Elektrofahrzeugen mit TiO2-basierter Farbe

LiDAR ist ein entscheidendes Bauteil heutiger autonomer Fahrzeuge, da es zur Erstellung von 3‑D‑Karten der Umgebung verwendet wird. Trotz jüngster Fortschritte bei den LiDAR‑Sensing‑Fähigkeiten hat es weiterhin Schwierigkeiten, lichtabsorbierende Materialien wie sehr schwarze Gegenstände zu erfassen. Eine aktuelle Studie, veröffentlicht in ACS Applied Materials (AMAT ) & Interfaces, zeigt, wie TiO2‑basierte Farbe dazu beitragen könnte, diese Probleme zu lösen. Hier finden Sie alles, was Sie wissen müssen.

Was ist LiDAR?

Um zu verstehen, warum Sie hochreflektierende schwarze Farbe benötigen, müssen Sie zunächst etwas über LiDAR und seine zahlreichen Einsatzmöglichkeiten lernen. LiDAR ist ein auf reflektierendem Licht basierender Sensor, der mit großer Genauigkeit die Form und Entfernung von Objekten bestimmen kann. Diese Systeme funktionieren ähnlich wie Sonar, indem sie ein Signal aussenden, das zurückreflektiert wird. Die Geschwindigkeit, mit der das Signal zurückkehrt, kann verwendet werden, um die Zeit oder die Umgebung zu beschreiben.

LiDAR verwendet winzige Lichtimpulse anstelle von Schall. Diese Struktur verleiht ihm in vielen Situationen höhere Genauigkeit. Heute ist LiDAR ein unverzichtbares Bauteil in vielen automatisierten Geräten. Diese Technologie hat sich in den letzten fünf Jahren dank der Integration von KI erheblich verbessert und intelligentere Systeme ermöglicht.

Hochreflektierende schwarze Farbe

Hochreflektierende schwarze Farbe lässt sich leicht auf Gegenstände auftragen, damit die wachsende Flotte autonomer Fahrzeuge sie deutlich erkennen kann. Diese Entwicklung mag nicht nach etwas Großem klingen, aber wenn man bedenkt, dass heute schätzungsweise 2.531.206 Batteriefahrzeuge und Plug‑in‑Hybride auf den Straßen unterwegs sind, wird klar, warum es wichtig ist, dass diese Fahrzeuge nicht in die Gemeinschaft hineincrashen. Analysten prognostizieren zudem, dass bis 2030 über 26,4 Mio. Elektrofahrzeuge die US‑Highways befahren werden.
Der Einsatz von TiO2‑basierter Farbe könnte in Zukunft Millionen von Leben retten. In Anbetracht dessen startete ein Team innovativer Ingenieure unter der Leitung von Chang‑Min Yoon die Mission, eine super‑LiDAR‑reflektierende schwarze Farbe zu entwickeln, die leicht aufzutragen, langlebig und thermisch beständig ist. Das Ergebnis ihrer Forschung ist eine neue TiO2‑basierte Farbe und ein Herstellungsverfahren, das leicht reproduzierbar ist und zu minimalen Kosten angewendet werden kann.

Wie TiO2‑basierte (Titandioxid‑)Farbe hergestellt wird

Der Herstellungsprozess von TiO2‑basierter Farbe unterscheidet sich von herkömmlicher Farbe, bei der Pigmente mit Harz, Lösungsmittel und Zusatzstoffen gemischt werden, um eine streichfähige Beschichtung zu erzeugen. Um TiO2‑basierte Farbe herzustellen, beschlossen die Forscher, einen neuen Ansatz zu verfolgen. Sie führten die Ätzschritte des Verfahrens vor der Reduktion durch.

Der erste Schritt bestand darin, dünne Platten mit hohlem schwarzem TiO2 (HL/BT) herzustellen. Dazu trugen sie eine dünne Schicht Titandioxid (TiO2) auf kleine mikroskopische Glassplitter auf. Anschließend wurde Fluorwasserstoffsäure verwendet, um das Glas zu ätzen. Dieses Verfahren, Sol‑Gel genannt, hinterlässt hochreflektierendes TiO2‑Rückstand.

Die Forscher wollten ihre Kreation weiter vorantreiben. Sie kamen zu dem Schluss, dass eine NaBH4‑Reduktion den Oxidationszustand beeinflussen könnte. Anschließend mischten sie das Material mit Lack, wodurch eine leicht streichfähige, hochreflektierende schwarze Farbe entstand, bevor sie in die Testphase übergingen.

Ergebnisse

Die endgültige Farbe wies eine Dicke von 140 nm (HL/BT140) auf. Diese Dicke ist erforderlich, da die Farbe auf unebenen und unregelmäßig geformten Oberflächen aufgetragen werden muss. Tests zur Schwarzheit der Farbe zeigten einen L*-Wert von 13,3. Das entspricht herkömmlicher schwarzer Farbe.
Die gleichen Tests zeigten eine hohe NIR‑Reflexion von 23,6 % bei einer Wellenlänge von 905 nm. Diese Ergebnisse übertrafen die Erwartungen der Forscher und erregten Aufsehen im Bereich autonomer Fahrzeuge. Dieses gesteigerte Interesse sollte den Forschern helfen, zusätzliche Finanzierung zu erhalten.

Testen von TiO2‑basierter Farbe

Das Team wollte ihre Kreation als LiDAR‑freundlich nachweisen, indem es zwei heute eingesetzte LiDAR‑Sensortypen testete: 360‑Grad‑Dreh- und spiegelbasierte Sensoren. Diese Sensoren finden sich in allem, von selbstfahrenden Autos über Saugroboter bis hin zu Militärdrohnen. Daher besteht ein hoher Bedarf, diese Technologie möglichst kostengünstig zu verbessern.
Die Testphase musste nicht lange dauern, da das LiDAR die TiO2‑basierte Farbe konsequent und problemlos erkannte, selbst in dunklen und visuell herausfordernden Szenarien. Die Forscher testeten die Farbe unter widrigen, wetterähnlichen Bedingungen sowie in völliger Dunkelheit, um die Genauigkeit ihrer Ergebnisse sicherzustellen. Sie kamen zu dem Schluss, dass ihre neue Farbe die optimale Lösung zur Verhinderung von Kollisionen autonomer Fahrzeuge darstellt.

Reale Anwendungsbereiche

Autonome Fahrzeuge sind bereits im Einsatz, und TiO2‑basierte Farbe könnte dabei helfen, Leben zu retten. Diese Farbart kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug wie versprochen funktioniert, selbst bei schlechten Sichtverhältnissen. Man könnte TiO2‑Farbe sehen, die Schulzonen, Schilder, Fahrzeuge, Fahrspuren und vieles mehr markiert. Interessanterweise wirkt sie für die Passagiere wie gewöhnliche schwarze Farbe, doch für das autonome Fahrzeug glänzt sie so hell wie möglich. Dieser Ansatz liefert zuverlässige und kostengünstige Ergebnisse, die sofort umgesetzt werden können.

Wichtige Fortschritte in der Fahrzeugsicherheit

Die Einführung hochreflektierender schwarzer Farbe könnte in Zukunft Millionen von Leben retten. Solche innovativen Konzepte haben dazu beigetragen, dass das Fahren in Ihrem Lieblingsauto von einer riskanten zu einer sehr sicheren Tätigkeit wird. Hier sind einige weitere coole Innovationen, die die Automobilwelt für immer verändert haben.

Volvo führt 3‑Punkt‑Sicherheitsgurt ein – 1959

Man muss den mutigen Fahrern vor den 1960er‑Jahren Anerkennung zollen. Diese Fahrer fuhren in ihren schweren Stahlfahrzeugen nur mit Hüftgurten. Diese Art von Gurt kontrollierte nicht den Oberkörper. Daher kam es häufig zu Kopf‑ und Oberkörperverletzungen beim Tragen eines Sicherheitsgurts.

Der Volvo‑Ingenieur Nils Bohlin veränderte alles mit der Einführung des 3‑Punkt‑Sicherheitsgurts im Jahr 1959. Der Volvo Amazon (AMZN ) und der Volvo PV544 waren die ersten beiden Autos, die diese revolutionäre Technologie nutzten, die sowohl den oberen als auch den unteren Teil des Körpers sicherte. Heute sind Sicherheitsgurte in jedem Fahrzeug Standard und das aus gutem Grund. Sie haben Millionen von Leben gerettet und gelten als eine der Erfindungen, die in den letzten 100 Jahren den meisten Menschen geholfen haben.

Während Volvo ein börsennotiertes Unternehmen ist, ist es hauptsächlich an der Nasdaq Stockholm in Schweden gelistet. In den Vereinigten Staaten können Volvo‑Aktien über American Depositary Receipts (ADRs) unter dem OTC‑Ticker ‘VLVLY’ gehandelt werden.

General Motors führt Airbags ein – 1973

GM Preisdiagramm

General Motors (GM ) war seiner Zeit voraus, als es 1973 die ersten Airbags einführte. Der Oldsmobile Toronado war das erste Fahrzeug, das dieses revolutionäre Sicherheitsgerät der Öffentlichkeit bot. In jener Zeit wurde das experimentelle Sicherheitsmerkmal als „Air Cushion Restraint System“ bezeichnet.

Die erste Einführung von Airbags führte nicht zu einer großen Marktreaktion. GM stellte fest, dass die Verbraucher nicht motiviert waren. Die Verbraucher schätzten die zusätzliche Sicherheit, erkannten jedoch erst Jahre später, wie viel sie tatsächlich erhielten, als die Berichte zurückkamen. Daher stellte GM die Airbags in ihren Autos bereits 4 Jahre später, 1977, ein.

Als die Zahlen die lebensrettenden Wirkungen der Erfindung zeigten, stieg die Nachfrage. Es dauerte jedoch bis 1988, bis die US‑Regierung Airbags schließlich für Vordersitze verpflichtend machte. Heute sind Airbags in allen Neufahrzeugen Standard. Diese aufblasbaren Geräte haben unzählige Leben gerettet und bleiben eines der zentralen Sicherheitssysteme, die Sie und Ihre Lieben während der Fahrt schützen.

Mercedes‑Benz führt ABS ein – 1978

Ein weiteres bedeutendes Sicherheitsupgrade, das die Sicherheit der Menschen auf den Autobahnen erhöhte, war die Einführung von ABS‑Bremssystemen im Jahr 1978. Das erste ABS war im Mercedes‑Benz S‑Klasse W116 verbaut. Dieses hochwertige Fahrzeug bot zu seiner Zeit zahlreiche exklusive Luxus‑ und Sicherheitsoptionen.

ABS war revolutionär, weil es das Blockieren des Lenkrads bei starkem Bremsen verhinderte. Das ABS überwacht das Blockieren der Räder, löst es und initiiert das Bremsen schnell, um den Verlust der Lenkung zu vermeiden. Nach jahrelanger, akribischer Forschung konnte Mercedes das erste vierradige, mehrkanalige Antiblockiersystem einführen. Heute ist es in jedem Fahrzeug auf der Straße Standard.

Ähnlich wie Volvo ist Mercedes‑Benz ein börsennotiertes Unternehmen, das hauptsächlich an einer europäischen Börse – der Frankfurter Wertpapierbörse in Deutschland – gelistet ist. Seine Aktien können ebenfalls über American Depositary Receipts (ADRs) im OTC‑Handel unter dem Ticker ‘MBGYY’ erworben werden.

Die Zukunft der Fahrzeugsicherheit

Sicherheitsfortschritte verändern weiterhin die Art und Weise, wie Menschen pendeln. Zu den heutigen Standardmerkmalen gehören mehrere Airbags, Sicherheitsgurte, Kollisionsvermeidungssysteme und mehr. All diese Erfindungen arbeiten zusammen, um die sicherste mögliche Umgebung zu schaffen. Die Einführung intelligenter Fahrzeuge fügt der Gleichung eine weitere Ebene von Sicherheitsverbesserungen hinzu.
Viele glauben, dass die Straßen bald völlig ohne menschliche Fahrer auskommen werden. Sie haben bemerkt, dass das Zeitalter autonomer und KI‑gesteuerter Fahrzeuge schnell näher rückt. Folglich könnte die Sicherheit durch ein einfaches Software‑Update, den Wechsel der Farbe oder die Aufrüstung von Sensoren erhöht werden, anstatt neue Reifen oder Gurte zu entwickeln.

TiO2‑basierte Farbe – ein autonomes Sicherheitsupgrade, das jeder braucht

Selbstfahrende Fahrzeuge sind aus vielen Gründen hier, um zu bleiben. Sie haben das Potenzial, die Sicherheit zu erhöhen, Kosten zu senken und das tägliche Leben für Millionen zu erleichtern. Die Einführung von TiO2‑basierter Farbe wird dieses Szenario für alle sicherer machen. Derzeit gibt es jedoch noch viel Forschung im geschäftlichen Bereich dieses Vorhabens. Daher ist es ratsam, diese Entwicklung im Auge zu behalten und zu beobachten, wie sie in den kommenden Jahren umgesetzt werden könnte.

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(MBG.DE )