Nutiklaas

Nutiklaas (inglise keeles smart glass; nimetatakse ka targad aknad) on elektriga juhitavad klaasid, mis muudavad klaastahvli omadusi, kui neile rakendatakse pinget. 

Teatud tüüpi sellised klaasid võimaldavad kontrollida valguse ja soojuse läbitavat hulka. Vajutades nupule saame muuta klaasi läbipaistvaks või poolläbipaistvaks. Piirates osaliselt valgust, säilitame selge ülevaate, mis peitub akna taga. Teist tüüpi klaasid võivad aga pakkuda täieliku privaatsust. 

Kasutades nutiaknaid võib säästa kütte, kliimaseadmete ja valgustuse arvelt. Kindlasti säästame kulusid näiteks erinevate valgus ruloode või kardinate arvelt. Kui matt, vedelkristall või isetumenevat tüüpi nutiklaas blokeerib enamuse ultraviolett kiirgusest, mille tõttu vähendatakse struktuuri tuhmumist, siis SPD-tüüpi klaasides on see tagatud madala kiirgusteguri katte kasutamisega. 

Kriitilises aspektis sisaldavad targad klaasid paigaldamise kulusid, elektri kasutamist ja vastupidavust. Funktsionaalselt on võimalik kiirelt klaasi tumendada või läbipaistvaks muuta.

Elektriliselt ümberlülitatav nutiklaas

Isetumenevad seadmed

Isetumenevate seadmete puhul muudab seade pinge tagajärjel läbiva valguse omadusi ehk seade võimaldab kontrollida läbiva valguse ja soojuse hulka. Isetumenevate akende puhul muudab isetumenev materjal oma läbipaistvust, see võib olla värviline, läbikumav (tavaliselt sinine) või läbipaistev. Läbipaistvuse muutmiseks on vaja elektrilaengut, kuid kui materjal on kord juba soovitud läbipaistvuse saavutanud, ei vaja see edasist elektrit oma oleku säilitamiseks. Tumenemine algab äärtest, liikudes sisse ja see on aeglane protsess, mille pikkus varieerub olenevalt akna suurusest mitmest sekundist kuni mitme minutini. Isetumenev klaas võimaldab ka tumedas olekus näha väljaspoolset keskkonda. Seda on kasutatud väikesemõõtmeliste seadmete juures, näiteks tahavaate peegel. Samuti leiab see tehnoloogia kasutust siseruumides ja seadmetes, näiteks võimaldab see kaitsta muuseumites esemeid, mis on UV-kiirgusele tundlikud või mida kahjustab tehisvalgus.

Viimased edusammud isetumenevate materjalide puhul on seotud peegelduvate hüdriididega. Materjal muutub pigem valgust peegeldavaks kui neelavaks, ehk materjali on võimalik muuta läbipaistvaks või peeglisarnaseks. 

Tehnoloogia areng on võimaldanud luua isetumeneva ekraani. Põhiekraan koosneb mitmest erinevast üksteise peale laotud kihist. Igal kihil on oma spetsiifilised funktsioonid.

Peatatud osakeste tehnoloogiaga seadmed (SPD)
Peatatud osakestega seadmetes (inglise keeles suspended particle devices) on õhukesed osakesed paigutatud vedelikku kahe klaasi või plastik-kihi vahele. Mõnel juhul on need osakesed kinnitatud ka ühele kihile. Kui pinge pole rakendatud, on osakesed paigutunud suvaliselt ning need neelavad valgust ning klaas paistab tume (või läbipaistmatu), sinine või viimaste tehnoloogiate puhul ka hall või must. Pinge rakendamisel osakesed joonduvad ning lasevad valguse läbi. Nende seadmete puhul on manuaalselt või automaatselt võimalik täpselt seadistada läbiva valguse ja soojuse hulka . See võimaldab vähendada kulutusi konditsioneerile suvekuudel ning küttele talvel. Lisaks võimaldab see tehnoloogia vähendada hoonete süsinikdioksiidi emissiooni ning vältida kulutusi aknakatetele.

Polümeer hajutatud vedelkristallseadmed (PDLC)
Polümeerhajutatud vedelkristallseadmetes lahustatakse või hajutatakse vedelkristallid vedelateks polümeerideks, millele järgneb polümeeri tahkumine või kõvendumine. Tavaliselt paigutatakse vedel segu polümeeridest ja vedelkristallidest kahe klaasist või plastikust kihi vahele, mis omakorda sisaldavad õhukest läbipaistvat kihti polümeeri tahkestava ainega. Nii moodustub nutiakna põhistruktuur. See struktuur on oma olemuselt ka kondensaator. 

Energiaallikast lisatakse elektroodid läbipaistvatele elektroodidele. Kui pinget ei rakendata, on vedelkristallid suvaliselt tilkadena paigutunud ning läbiv valgus hajub. Selle tõttu paistab klaas piimvalgena. Pinge rakendamisel tekib kahe elektroodi vahele elektriväli ning see põhjustab vedelkristallide joondumise. Nüüd hajub läbiv valgus vähe ning materjal muutub läbipaistvaks. Läbipaistvust saab kontrollida rakendatava pingega. See on võimalik, sest madalama pinge korral koondub tilkadeks vaid väike osa kristalle ning enamus valgust hajub. Suurema pinge korral koondub rohkem kristalle kokku ning vähem on osakesi, mis valgust hajutaks. Kasutades spetsiaalseid lisakihte, võib kontrollida ka läbiva soojuse hulka, luua anti-röntgen versioone. Enamik seadmeid täna töötab põhimõttel sees või väljas, kuigi võiks kasutada ka vahepealseid variante. See tehnoloogia on kasutusel privaatsuse tagamiseks nii hoones sees kui väljas. Näiteks duširuumide uksed, koosolekuruumid. Kasutatakse ka projektori ekraanidena.

MagicGlas™-i paneelid kasutavad samuti sama tehnoloogiat. Klient saab hetkega muuta selge klaasi privaatselt läbipaistmatuks ja vastupidi. Kui elekter on sisse lülitatud, siis vedelkristallid joonduvad ja paneel muutub hetkega selgeks ning valgus pääseb läbi. Kui elekter on välja lülitatud, jagunevad molekulid laiali ning hajutavad valguse, paneel muutub läbipaistmatuks.

Mikrorulood

Mikroruloo tehnoloogia (Micro-blinds) on väljatöötamisel Kanadas. Läbi pääseva valguse hulka kontrollitakse rakendatava pingega. Mikrorulood koosnevad õhukestest valtsitud metallruloodest klaasil. Need on väga väikesed ja seetõttu praktiliselt silmale nähtamatud. Kui pinget ei rakendata, on mikrorulood kokku rullunud ning lasevad valguse läbi. Elektri mõjul rulluvad rulood lahti ning blokeerivad valguse. Mikroruloo tehnoloogial on mitmeid eeliseid, näiteks ümberlülituse kiirus (millisekundites), vastupidavus UV-kiirgusele. Teoreetiliselt on see tehnoloogia lihtne ja kulutõhus toota.

SunValve
SunValve on Norra leiutaja Kim Øyhus’ leiutis. SunValve on olemuselt lihtne mehaanilist tüüpi nutiaken. Leiutis koosneb kahest valgustpeegeldavast paneelist, mis on seliti kitsa vahega üksteise külge paigaldatud. Kui kahe paneeli vahele pumbatakse vedelik, millel on paneelidega samasugune peegeldumisomadus, muutub SunValve läbipaistvaks. SunValve muutub taas valgustpeegeldavaks, kui vedelik paneelide vahelt välja lastakse.

Kasutusvaldkonnad

Mainitud tehnoloogiatel põhinevaid nutiklaase on kasutusel mitmel pool. Dublinis Guinnessi laohoones (the Guinness Storehouse) on kokku pandud suured installatsioonid, kus üle 800 000 inimese aastas näeb nutiklaaside kasutust interaktiivsete ekraanidena ning privaatsust pakkuvate akendena. Nutiklaaside põhiline kasutuskoht on hoonete sisevaheseintena, kus mitmed ettevõtted naudivad võimalust muuta aknad ja uksed läbipaistvast privaatseks. 

Nutiklaas on leidnud kasutust ka tervishoius, kus kergelt puhastatavad pinnad on olulised ning patsiendi privaatsuse tagamine vajalik. Nutiklaasi tehnoloogial põhinevad tooted on alternatiiviks tavapärastele kinnistele süsteemidele, mida on raske puhastada ning mis võivad varjata mustust. Uuringud on näidanud, et patsiendi mugavus privaatsuse näol võib vähendada taastumisaega.

Üks populaarsemaid nutiklaasi kasutusvaldkondi on projektorite ekraanid. 

Ühe näitena on PDLC-tehnoloogial põhinev nutiklaas kasutusel Melbourne'is Eureka Tornides, kus 88. korrusel ulatub hoonest kuni kolm meetrit välja poole klaasist kuubik. Kuubik kannab kuni 13 inimest ning seda on võimalik muuta läbipaistvaks, avades inimestele vaate Melbourne'ile 275 meetri kõrguselt. Sama tüüpi nutiklaasid on ka haiglates privaatsuse tagamiseks kasutusel.

PDLC-tehnoloogiat kasutati ekraanil, mis esitles Nissan GTR-i Torontos Kanada autonäitusel.

Meediakanali Seven Network saates Sunrise on kasutusel nutiklaas mis põhineb vedelkristalli tehnoloogial. Sellise klaasi kasutamist tingis saate filmimine avalikus kohas, kus inimesed võisid saatejuhtide selja taga ebasündsaid asju tehes saate mainet rikkuda. Uus tehnoloogia võimaldab vajadusel näidata vaadet tänavale ent muul ajal seda mati klaasiga varjata.

Bloomberg Television kasutab nutiklaasi tehnoloogiat oma New Yorgi ja Londoni stuudiotes.
 
Lennukis Boeing 787 Dreamliner on kasutusel isetumenevad aknad, mis asendavad allatõmmatavaid ruloosid, mis seni lennukites aknaid on varjanud. NASA uurib, kas isetumenevaid klaase on võimalik kasutada, et kontrollida mikrokliimat kosmoselaevades. 

Nutiklaasi on kasutatud ka autode tootmisel. Ferrari 575 M Superamerical on isetumenev katus standardvarustuses ning Maybach pakub lisavarustusena PDLC-tehnoloogial põhinevat katuseluuki. 

ICE 3 kiirrongid kasutavad isetumenevaid klaaspaneele sõitjateruumi ja juhtkabiini vahel. 

[Washingtoni monument|Washingtoni monumendi]] liftides on kasutusel nutiklaasid, et pakkuda inimestele vaadet mälestuskividele monumendi sees.

Popkultuur

1982. aasta filmis "Blade Runner" on stseen, kus ruum tumendati nutiklaasisarnase varjuga, et Rick Deckard (Harrison Ford) saaks läbi viia valedetektori testi.
Nutiklaasi on kasutatud ka 2002. aasta filmis "The Sum of all Fears", kus Jack Ryan (Ben Affleck) juhatatakse salajasse Pentagoni ruumi, mille aknad muutuvad pärast ukse sulgumist valgeks. 
Teleseriaali "24" kolmandal hooajal muudab Jack Bauer heroiini süstimise varjamiseks selge klaasi jäiseks. 
"CSI: Miami" kolmanda hooaja viiendas osas viitab Ryan Wolfe „intelligentsele klaasile“ ruumis, kus mõrvati noor naine. Ukse sulgudes vooluring sulgub ning klaas muutub matiks.
Teleseriaalis "Lie To Me" on Lightman Groupi kontori ülekuulamisruumi seinad nutiklaasist paneelidest.

Viited

Välislingid
www.nutiklaas.ee

 22. aug 2013, Siemens: A window on the future, The next step in intelligent glass

Klaas