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無人駕駛汽車涂料新技術的靈感來源——茄子

2021-09-20 06:26:47

涂料工業:

當Henry Ford在一個世紀前用大規模生產的T型車改變交通運輸方式時,只有一種顏色:黑色。此后的100多年來,為了滿足買家的口味,汽車制造商窮盡其所有想象不斷地創新汽車生產方式?,F在,這一行業的焦點又一次集中在一點——顏色,因為正如火如荼的無人駕駛汽車產業面臨了一個危險的盲點:它們“看”不到黑色!

較深的顏色會吸收光線,這意味著無人駕駛汽車用于導航的激光不會反射,或者說該系統無法檢測到黑色的汽車!而這對于老牌涂料生產商而言是一筆潛在的意外收獲。

目前,全球最大的汽車涂料生產商之一,美國PPG工業公司正在設計一種新型涂料,使得激光器發出的近紅外光能夠通過黑色汽車的外層,并從其特殊設計的反光底涂層上獲得反射,從而使傳感器能“看”到它。

而這一創新的靈感居然來自于一種常見的蔬菜——茄子!

是的,PPG公司正是從紫色茄子那里得到了這個靈感,這一紫色的蔬菜在農場里生長的階段就是采用了類似的技巧來保持涼爽。

此前,PPG和其他公司同樣看到了解決無人駕駛汽車最難解決的技術瓶頸問題對涂料生產商來說是一個有利可圖的發展新機遇,這將使得即使在道路上的汽車數量可能減少的情況下,也可以確保對公司產品的需求。

在無人駕駛汽車這一未來汽車行業的發展方向方面,技術發展已經解決了自動泊車、自動踩剎車、自動避開障礙物、自動尋找正確的車道,這些都依靠隱藏在保險杠和側面板內的傳感器和數模轉化裝置。

但是,正如艾仕得涂料系統有限公司(Axalta)首席技術官Barry Snyder所說:“油漆和涂料可能會干擾或改善這些傳感器的性能,因此從涂料的角度看,將對無人駕駛汽車造成一些重大問題。但是,面對其他各類已經進入智能汽車產業的技術,我們涂料商需要積極應對挑戰?!?/p>

艾仕得公司也指出,無人駕駛汽車的普及將在很大程度上促進共享汽車的大面積普及,并可能由此削弱新車的銷量,由此給涂料制造商帶來了諸多威脅,而且,從駕駛中消除人為錯誤理論上應該導致交通事故的減少,這也意味著汽車維修店的涂料銷量下降。這對于80%以上收入來自汽車涂料的艾仕得公司,風險尤其高。

PPG的首席技術官David Bem卻認為,涂料生產商對于無人駕駛汽車產業的發展應該有充分的理由持樂觀態度,“無人駕駛汽車可能需要的油漆、密封劑和其他涂料的使用量要比現在多一倍,而如果電動汽車成為無人駕駛汽車的首選推進模式,那么這一增幅將超過10倍!因此即使汽車的整體數量由于共享汽車而減少,我們仍然能看到涂料消費的增長——因為需要涂裝的表面積增加了很多,這對我們來說在市場方向上有很大的不同?!?/p>

電動汽車需要的巨型電池組——一個典型的電動汽車可能包含數千個裝在橫跨輪胎之間金屬箱中的小型電池,而從整個軸向方面都需要特殊涂層的防護,有些用于防止過熱,而另一些用于防潮和防腐??偠灾?,一輛電動汽車可能需要超過1000平方米(約10764平方英尺)的涂層,而現在的傳統汽車涂層則只需要約70平方米!

PPG高級科學家、持有包括上述“茄子技術”專利的Stuart Hellring說:“100年以來,汽車動力總成首次出現了重大變化,而我的觀點是——人們將會在涂層上駕駛車輛?!?/p>

PPG首席執行官Mike McGarry已經任命了一個直接向他匯報的特別委員會,從特斯拉公司(Tesla)到通用汽車公司(General Motors),跟蹤那些正將無人駕駛汽車推向市場的制造商,從中尋找新的商業機會。其中一個單獨的團隊正在關注電池防護涂層領域。

前面所說的“茄子涂料”正是PPG公司開發無人駕駛汽車涂料新技術的成果之一。此前,公司有一款涂料技術是為了防止飛機客艙在刺眼的陽光下過熱而設計的,PPG對這項技術進行了重新設計。這種從2015年開始在飛機上使用的技術來源于對茄子的研究。研究發現,茄子之所以能在太陽照耀下的田野里保持涼爽,是因為它的紫色外皮可以讓近紅外能量透過,接著再通過白色果肉將其反射回去。根據PPG的報道,該涂層系統能將飛機外殼的溫度降低25°F,艙內溫度降低約6°F。

該公司在無人駕駛汽車上采用了相同的涂料,并采用特種顏料(部分由巴斯夫公司生產)取代了深色涂料中使用的吸光炭黑,它能讓近紅外光通過。雖然較舊的車輛沒有這種檢測增強型涂料,但是無人駕駛汽車還可以使用聲納、雷達和相機來導航。PPG表示,這些技術將有助于縮小差距,直到新型涂料獲得廣泛應用。

另外,在與汽車制造商討論激光雷達(使用激光脈沖測量距離)的傳感方法時,PPG還發現了的其他可以解決的問題——某些汽車涂料的金屬光澤會干擾保險杠后面的雷達系統。因此,PPG特別收購了Cuming Microwave公司,這是一家研制生產能吸收微波和無線電波的特種涂料和材料商,此前公司的產品主要應用在軍用飛機、電子、電信、醫療和汽車等領域。Cuming Microwave專門用于雷達吸收涂層的技術被用于尋找電動汽車解決方案。

而且,當汽車制造商抱怨傳感器的性能下降時,PPG公司還開發了一些方法來改變涂層的微觀表面,以防止水和泥漿的粘附,并防止結冰。

據PPG公司介紹,針對無人駕駛汽車應用,公司可以在不同的部位涂上4種、5種或6種不同類型的涂料,而不是簡單在汽車上涂一層涂料,因為涂料應用需求正變得越來越復雜,“這對我們這樣的公司來說是好事?!?/p>

PPG公司還正在開發一種可應用于無人駕駛汽車的條形碼,其顏色不可見,但可以被其他車輛掃描,產生有關品牌和型號信息,以及制動距離等性能數據。該技術也可以部署在路牌和其他道路結構上,以幫助無人駕駛車輛導航。

卡內基梅隆大學機器人研究所首席項目科學家Christoph Mertz表示,盡管大多數自無人駕駛車輛都是通過無線電信號進行通信的,但是條形碼是一種強大的系統,可以作為重要的備選。他說:“冗余總是很好,特別是在無人駕駛汽車上,因為如果出現了錯誤,它可能是致命的。因此,任何你想傳遞的信息,都最好通過多種方式傳遞?!?/p>

對于無人駕駛汽車應用,艾仕得公司的Snyder說,一些新的解決方案會產生其他需要解決的問題。例如,如果車輛為了保持傳感器清潔而涂覆自清潔涂層,那么將導致一般的修補漆無法粘附在其表面上,這使得汽車維護和修理更具挑戰性。這有利于涂料企業的創新,因為這些公司將不得不提供一種新型的剮蹭修補產品。

“你怎么才能生產出對于大量污垢不不會粘附的產品,但你仍然可以對其進行重涂?這將是在無人駕駛汽車變革時代下依然保持涂料生產企業業務流量的技術之一”。



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