ایمنی فناوری نانو در صنعت خودرو

ایمنی فناوری نانو در صنعت خودرو

فرمت: Pdf  تعداد صفحات: 17

1- مقدمه

نزدیک به دو دهه است که فناوری نانو رشد بسزایی را در حیطه تکنولوژی به همراه داشته است. اساس فناوری نانو، ساخت، اعمال نفوذ، و بررسی خصوصیات مواد در مقیاس نانو (معمولا بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر)، را از منظر اقتصاد، آموزش و پرورش، و تحولات اجتماعی در حوزه‌هایی همچون مهندسی، علوم، پدافند، پزشکی و زیست شناسی تحت تاثیر قرار داده است [۱]. این فناوری یکی از تکنولوژی‌های پیشرو در انقلاب آموزشی در این هزاره به شمار می‌آید. هم اکنون نیز بسیاری از دانشگاه‌ها در سراسر جهان در حال یکپارچه سازی آموزش فناوری نانو در مهندسی و علوم مرتبط می‌باشند [۱]. برنامه‌ها و مراکز متعدد فناوری نانو در ایالات متحده، به منظور تدریس، تحقیق و توسعه‌ی مطالعه در این زمینه توسط دولت و همچنین بخش خصوصی حمایت مالی می‌شوند. گزارش شده است که توسعه در فناوری نانو، روش‌های پیشین در خصوص طراحی، تجزیه و تحلیل، شبیه سازی و تولید برای محصولات مهندسی جدید را تغییر خواهد داد [۲].

نانومواد به طور برجسته‌ای واجد خواص مکانیکی، الکتریکی، نوری، مغناطیسی، مکانیک کوانتومی و حرارتی هستند. با این خصوصیات منحصر به فرد، مواد بسیاری در مقیاس نانو مانند نانوذرات، نانولوله‌ها، نانوکامپوزیت‌ها، و نانو فیلم‌ها، جهت تولید نسل جدیدی از مواد در بسیاری از صنایع مختلف ایجاد می‌گردند. در حال حاضر، نانومواد در بیش از ۱۱۰۰ محصول مختلف، از جمله لباس‌های ضد باکتری، بتن، کرم‌های ضد آفتاب، سپر خودرو، خمیر دندان، پوشش‌های پلیمری، راکت تنیس، لباس‌های مقاوم در برابر چین و چروک، و دیگر دستگاه‌های نوری، الکترونیکی، تشخیصی و حسی یافت می‌شوند [۳،۴].

صنعت خودرو یکی از صنایع بزرگ استفاده کننده از فناوری نانو است. استفاده اولیه از فناوری نانو و محصولات آن در این زمینه عبارتند از رنگ، روغن کاری، دستگاه‌های برقی و الکترونیکی و سنسورها، لاستیک، مایع تعلیق (میرایی ارتعاش)، لایه فوق العاده نازک ضد انعکاس برای پنجره‌ها و آینه‌ها می‌باشد. هدف اصلی استفاده از این مواد در صنعت خودرو ایجاد موادی با وزن کم و مقاومت بالا جهت مقاومت در برابر سایش، خوردگی و مقاومت حرارتی می‌باشد. همانطور که مزایای بالقوه استفاده از فناوری نانو بسیار زیاد است، به همان ترتیب خطرات بالقوه بسیاری نیز بر دارد. نانومواد به راحتی می‌توانند به بدن انسان وارد شده و علاوه بر آسیب به سلول‌ها و اندام‌ها، باعث مرگ آن‌ها و همچنین بیماری‌های جدی را در بدن ایجاد کنند. برخی از بیماری‌های مرتبط ولی نه منحصر به نانومواد شامل، آسم، برونشیت، سرطان کبد و ریه، بیماری پارکینسون، بیماری کرون، آلزایمر، بیماری‌های قلبی، و سرطان روده بزرگ می‌باشند [۱-۶].

از آنجا که نانو مواد، مانند نانولوله‌ها، نانو ذرات، نانو سیم‌ها، نانو الیاف، نانو کامپوزیت‌ها و نانو فیلم‌ها، همگی مواد جدید تولید شده با تکنیک‌های ساخت کاملا جدید هستند، هیچ قانون و مقررات خاصی جهت نظارت بر بسیاری از آن‌ها وجود ندارد. در این فصل یک گزارش مفصل از نانومواد و خواص‌شان در صنعت خودرو مشتمل بر، برنامه‌های کاربردی، مسائل زیست محیطی و بهداشتی، روش‌های حفاظتی بسیار مفید در آموزش و حفاظت کارگران، دانشجویان، دانشمندان، مهندسان، سیاست گذاران و تنظیم کنندگان مشغول به کار در این زمینه ارائه شده است.

۲- نانو مواد در صنعت خودرو

به گزارش سازمان حمل و نقل ایالات متحده در خصوص آمار حمل و نقل، بیش از ۶۰۰ میلیون اتومبیل مسافری، در حال حاضر در سراسر جهان استفاده می‌شود، که در حدود ۲۵۰ میلیون آنها در ایالات متحده می‌باشند. هر ساله، حدود ۵۰ میلیون اتومبیل جدید در جهان تولید می‌شود، که بدان معناست که فناوری نانو و محصولات آن یک فرصت بزرگ در صنعت خودرو را به همراه است [۷]. چرا که این فناوری موجب افزایش خواص مواد و بهبود عملکرد فن آوری خودرو شده است، شکل ۱ برنامه‌های کاربردی فناوری نانو در صنعت خودرو را نشان می‌دهد [۷-۹].

شکل ۱- برخی نانو مواد به کار رفته جهت ارتقاء عملکرد خودرو [۷،۸]

در زیر لیستی از برنامه‌های کاربردی فناوری نانو مربوط با صنعت خودرو آورده شده است [۷،۱۶]:

• عملکرد پوشش و روانکاری: تمیز کننده خودکار، مقاومت در برابر سایش و خراش، پیشگیری از UV، ضد زنگ و ضد بخار و مواد افزودنی روغن.
• مواد نانوساختار / نانوکامپوزیت‌ها / نانوذرات: ساختار سبک، حفاظت حرارتی، استحکام بالا، سختی بیشتر، افزایش هدایت الکتریکی، انتشار هوای کمتر از لاستیک به بیرون (انسداد توسط نانوذرات رس و نانو تکه‌های گرافن)، کاهش سر و صدا، و دوام بالای خودرو و قطعات دیگر.
• تولید انرژی و ذخیره سازی مبتنی بر فناوری نانو: سلول‌های سوختی، سلول‌های خورشیدی، کاتالیزور، و باتری.
• پردازش داده‌ها و ارتباطات: پردازش تصویر، موقعیت خودرو و تله ماتیس‌های (نقطه تلاقی راه دور و پردازش خودکار اطلاعات) خودرو.
• حسگر و الکترونیک: سنسور حرکت، سنسور کیسه هوا، کنترل فشار، کنترل اتمسفر و کنترل‌های امنیتی.
• نانو سیالات و روان کننده‌های پراکنده شده: میرایی ارتعاشات (اتلاف حرارت) و کاهش اصطکاک و فرسایش موتور و دنده.

1-2- نانو مواد در تایرها

شرایط حاکم بر جاده به خصوص رطوبت و آلودگی، به شدت موجب کاهش ایمنی رانندگان و مسافران می‌گردد. فناوری نانو یکی از فن‌آوری‌های اصلی مورد استفاده در لاستیک خودروها به منظور بهبود ایمنی، بهره وری سوخت، کنترل عملکرد و… می‌باشد. لاستیک اتومبیل حاوی موادی مانند کربن سیاه و سیلیکا، نانوذرات رس، نانولوله‌های کربنی (CNTs) و گرافن و همچنین روغن و مواد افزودنی دیگر است، که توسط لاستیک پلی بوتادین و استایرن-بوتادین احاطه شده است. این افزودنی‌ها در مقیاس نانو به عنوان رنگدانه و عوامل تقویت کننده در ساخت تایر استفاده می‌شوند. البته مواد افزودنی به لاستیک قبل از فرایند حرارت دهی گنجانیده شده‌اند [۸]. پراکندگی کربن سیاه در ابعاد نانو، استحکام کششی را افزایش داده و مقاومت را در برابر سایش لاستیک به دلیل پیوند شیمیایی بین کربن سیاه و لاستیک بیشتر می‌کند.

مشخص شده که ذرات سیلیکا در سایز نانو، بیشتر از مواد افزودنی رایج (به عنوان مثال، کربن سیاه، گرافیت)، می‌توانند مقاومت و کشش را بالا ببرند [۸-۹]. ذرات سیلیس کریستالی برای افزایش اصطکاک بین سطح تایر و جاده‌ها برای بهبود مقاومت در برابر آلیاژها و کشش تایر استفاده می‌گردند. همچنین نانو مواد افزودنی نیز طول عمر لاستیک را بطور قابل توجهی بهبود می‌بخشند. شکل ۲ ارتباط مقاومت در برابر سایش و کشش را در “مثلث جادویی” با نانو ذرات سیلیس در مقایسه با کربن سیاه افزودنی [۱۰] نشان می‌دهد.

ایمنی در صنعت خودرو؛ سفری از گذشته تا افق‌های هوشمند

صنعت خودرو در بیش از یک قرن اخیر، دستخوش تحولات شگرفی شده است؛ اما شاید هیچ‌یک به اندازه‌ی حوزه‌ی ایمنی، تأثیر مستقیم و حیاتی بر زندگی انسان‌ها نداشته باشد. ایمنی خودرو، دیگر تنها به معنای مقاوم بودن بدنه در برابر ضربه نیست، بلکه به مفهومی چندوجهی و پویا تبدیل شده که از قابلیت‌های نرم‌افزاری و هوش مصنوعی تا استانداردهای سخت‌افزاری پیشرفته را در بر می‌گیرد. صنعت امروز در مسیری حرکت می‌کند که هدف نهایی آن، رسیدن به «تصادف صفر» است.

از «ایمنی غیرفعال» تا «ایمنی فعال»

سفر تکامل ایمنی خودرو را می‌توان در دو دسته‌بندی کلی بررسی کرد: سیستم‌های ایمنی غیرفعال و سیستم‌های ایمنی فعال .

ایمنی غیرفعال (Passive Safety): این سیستم‌ها برای کاهش شدت آسیب در هنگام وقوع تصادف طراحی شده‌اند. کمربندهای ایمنی، کیسه‌های هوا (Airbags)، ساختار جاذب‌ضربه‌ی بدنه و ستون‌های فرمان تلسکوپی، نمونه‌هایی از این دسته هستند . استانداردهای بین‌المللی مانند ISO، آزمایش‌های دقیقی را برای این قطعات تعریف کرده‌اند تا عملکرد آنها در شرایط بحرانی تضمین شود .

ایمنی فعال (Active Safety): این فناوری‌ها به دنبال پیشگیری از وقوع تصادف هستند. سیستم‌هایی مانند ترمز ضدقفل (ABS)، سیستم کنترل پایداری الکترونیکی (ESP)، هشدار برخورد از جلو (FCWS) و سیستم‌های پیشرفته‌ی کمک‌به‌راننده (ADAS) در این دسته قرار می‌گیرند . هدف این سیستم‌ها، کمک به راننده برای حفظ کنترل خودرو در شرایط بحرانی است. پژوهش‌ها نشان می‌دهد که سیستم‌های ایمنی فعال پتانسیل بالایی برای کاهش چشمگیر تعداد و شدت تصادفات دارند .

نقش ارزیابی‌های مستقل: ستاره‌هایی برای انتخاب هوشمندانه
برای کمک به مصرف‌کنندگان و تشویق خودروسازان به ارتقای سطح ایمنی، نهادهای مستقلی در سراسر جهان برنامه‌های ارزیابی خودروهای نو (NCAP) را اجرا می‌کنند. این نهادها با انجام تست‌های تصادف استاندارد و ارزیابی فناوری‌های ایمنی، به خودروها امتیاز ستاره (از صفر تا پنج) اختصاص می‌دهند .

تست‌های تصادف در Euro NCAP و IIHS: این تست‌ها بسیار فراتر از الزامات قانونی هستند. برای مثال، تست برخورد با همپوشانی کوچک (Small Overlap) که در آن تنها ۲۵ درصد از عرض خودرو با یک مانع برخورد می‌کند، شرایط تصادفات واقعی را شبیه‌سازی کرده و توانایی سازه‌ی خودرو را در محافظت از سرنشینان به چالش می‌کشد . نهادهایی مثل IIHS (در آمریکا) و Euro NCAP (در اروپا) به‌طور مداوم معیارهای خود را سخت‌گیرانه‌تر می‌کنند تا خودروسازان را به سمت نوآوری سوق دهند. برای مثال، از سال ۲۰۲۶، معیارهای جدیدی مانند ارزیابی عملکرد سیستم‌های ترمز اضطراری خودکار (AEB) در شرایط آب‌وهوایی مختلف و تشخیص عابران پیاده در شب به معیارها اضافه شده است .

همکاری جهانی: نهادهایی مانند Global NCAP بر همکاری میان برنامه‌های منطقه‌ای (مثل Euro NCAP، China NCAP و ANCAP) تأکید دارند تا هزینه‌های آزمایش کاهش یابد و استانداردهای ایمنی در سطح جهان هماهنگ‌تر شوند .

ایمنی خودروهای مدرن؛ چالش‌های جدید، راه‌حل‌های نوین
با پیچیده‌تر شدن خودروها، ایمنی نیز ابعاد تازه‌ای پیدا کرده است:

ایمنی عملکردی (Functional Safety) و استاندارد ISO 26262: این استاندارد به‌عنوان یک مرجع کلیدی، به خطرات ناشی از خرابی‌های الکترونیکی و نرم‌افزاری در خودروها می‌پردازد و فرآیندی نظام‌مند برای مدیریت ریسک ارائه می‌دهد .

ایمنی عملکرد موردنظر (SOTIF) و استاندارد ISO 21448: این استاندارد که در حال توسعه است، به خطراتی می‌پردازد که ناشی از نقص فنی نیستند، بلکه از محدودیت‌های عملکردی سیستم‌های هوشمند ناشی می‌شوند. برای مثال، عدم تشخیص یک عابرپیاده توسط سنسورها به‌دلیل شرایط نوری نامناسب، در حیطه‌ی این استاندارد قرار می‌گیرد .
ایمنی خودروهای برقی و چالش‌های جدید: ایمنی باتری‌ها و خطر آتش‌سوزی یا نشت ولتاژ بالا، به دغدغه‌ای جدی تبدیل شده است. برنامه‌های ارزیابی جدید، معیارهایی مانند هشدار فرار حرارتی (Thermal Runaway Warning) را برای خودروهای برقی در نظر گرفته‌اند تا ایمنی سرنشینان را در این حوزه نیز تضمین کنند . همچنین، دسترسی اضطراری به سرنشینان پس از تصادف و ارائه‌ی اطلاعات نجات (Post-Crash Safety) به بخش مهمی از ارزیابی‌ها تبدیل شده است .

چشم‌انداز آینده؛ حرکت به سمت «تصادف صفر»

بازار جهانی سیستم‌های ایمنی خودرو با رشد چشمگیری روبرو است و پیش‌بینی می‌شود ارزش آن تا سال ۲۰۳۲ به بیش از ۲۰۰ میلیارد دلار برسد . محرک‌های اصلی این رشد عبارتند از:

• قوانین و مقررات سخت‌گیرانه‌تر دولتی که خودروسازان را به تجهیز خودروها به جدیدترین فناوری‌های ایمنی ملزم می‌کند .
• افزایش آگاهی مصرف‌کنندگان که ایمنی را به یکی از اولویت‌های اصلی خود در هنگام خرید خودرو تبدیل کرده‌اند .
• کاهش هزینه‌ی سنسورها مانند رادارهای موج‌میلی‌متری و پیشرفت الگوریتم‌های هوش مصنوعی که امکان استفاده‌ی گسترده‌تر از سیستم‌های ADAS را فراهم کرده است .

در نهایت، صنعت خودرو به سمتی حرکت می‌کند که ایمنی دیگر یک آپشن یا ویژگی اضافی نیست، بلکه یک زیرساخت اساسی و جدایی‌ناپذیر از خودروهای آینده خواهد بود؛ خودروهایی که با تکیه بر داده، هوش مصنوعی و همکاری جهانی، رویای «تصادف صفر» را به واقعیت نزدیک‌تر می‌کنند.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ ایمنی و اصول فناوری نانو

⇐ مباحث قانونی و زیست محیطی در ایمنی فناوری نانو

⇐ مروری بر نانوتکنولوژی: کاربردها، چشم انداز بازار و ملاحظات ایمنی

   

نویسنده: سیروان شیخی

«تجربه در صنعت»، زیربنایِ اشتیاقِ من به دنیایِ HSE است. با بیش از ۱۳ سال فعالیت اجرایی و تخصصی، هدفم در این وب‌سایت، پل زدن میان دانشِ آکادمیک و نیازهای واقعیِ صنعت است. همراه با تیم تخصصی‌ام، می‌کوشیم تا با ارائه محتوای کاربردی و به‌روز، مسیرِ رشد حرفه‌ای شما را هموارتر کنیم. خوشحال می‌شوم در صفحه لینکدین، تجربیاتمان را به اشتراک بگذاریم و در این مسیر تخصصی همراه هم باشیم.