3M, dai Post-it alle 4 ruote: come i materiali plasmeranno le auto elettriche e autonome

18 Novembre 2018 8

Design e tecnologia: mai come oggi le due discipline della produzione industriale uniscono le proprie forze per realizzare l'innovazione. In 3M questo "modus operandi" rappresenta il successo di un'azienda che tanto ha fatto per il settore della produzione industriale, lato B2C (chi non ha mai utilizzato i Post-It almeno una volta nella vita mente) ma soprattutto lato B2B.

L'azienda americana fondata nel 1902, infatti, è nota per avere a catalogo qualcosa come 55.000 prodotti diversi, ognuno pensato per soddisfare le esigenze di svariati settori, tra cui quello medicale, quello elettronico e anche quello automobilistico. In che modo 3M fa la differenza nel settore automotive e quali sono i suoi vantaggi nei confronti della concorrenza? L'ho chiesto a Raymond "Ray" Eby, Vice President Automotive Electrification di 3M, in occasione della 3M Design Night organizzata dalla multinazionale alla Triennale di Milano, uno dei luoghi simbolo del design italiano.

Ray Eby, Vice President Automotive Electrification di 3M

Beh, questa è una bella domanda. Dunque, quello che molte persone non sanno è che la 3M collabora con l’industria automobilistica da più di cent’anni… anzi, si potrebbe dire che la 3M sia addirittura cresciuta con il settore automobilistico. L’obiettivo principale che essa si propone di raggiungere è quello di proporre sempre qualcosa di nuovo. Uno dei nostri ingegneri lavorava in Ford, un centinaio di anni fa, e all’epoca andava molto di moda possedere un’auto bicolore, ovvero un colore nella parte superiore ed uno nella parte inferiore; il problema è che le fabbriche facevano fatica a creare una linea dritta e pulita, senza sbavature. Quindi, noi di 3M abbiamo progettato un nastro adesivo che potesse essere applicato sull’auto, in modo da permettere di creare una linea dritta, e che allo stesso tempo potesse essere rimosso senza rovinare la vernice sottostante. All’epoca questa fu una grande innovazione.

Un rapporto intenso, anche se "dietro le quinte", quello tra 3M e i partner automobilistici, che si fonda soprattutto sui materiali ad alte prestazioni: un esempio sono gli adesivi in grado di mantenere ben ancorati alle portiere le guarnizioni in gommapiuma, essenziali per isolare termicamente, acusticamente e fisicamente gli abitacoli.

3M E LA DIGITALIZZAZIONE DELL'AUTO

Oggi, lo sappiamo, l'auto può essere considerata sempre di più un device elettronico su ruote. Per 3M, che negli ultimi decenni ha acquisito un importante know-how anche nel campo dell'elettronica, la progressiva digitalizzazione del settore automotive rappresenta un'opportunità incredibile.

La tecnologia e l’industria elettronica stanno diventando sempre di più parte integrante del mondo moderno, sono entrate a far parte della quotidianità in modo “violento” ma allo stesso tempo, a parer mio, in modo affascinante, poiché esse stanno trasformando l’industria automobilista in due modi molto significativi. Quando si pensa a questi due grandi aspetti, uno è l’auto che, finora, è sempre stata interamente analogica, per niente digitale, mentre il resto della nostra vita è ormai totalmente digitale: il tuo lavoro è digitale, la tua vita privata sul telefono è digitale, persino la maggior parte delle nostre case sta diventando sempre più digitale. Ma una volta che si sale in auto e si chiude la portiera, il mondo digitale rimane chiuso fuori. Quello che ora si sta cercando di fare è quindi portare il digitale all’interno delle automobili, e questa innovazione può già essere vista nella “mobilità condivisa”, nei servizi come Uber e Lyft, grazie ai quali non è più necessario mettersi ai lati della strada ad aspettare un taxi poiché viene lui a prenderti ovunque ti trovi, grazie alla connessione con l’utente.

Dai connettori per i circuiti stampati alla base dei processori alle tecnologie ottiche per una visualizzazione ottimale dei display dell'infotainment: 3M ha quasi sempre il prodotto giusto per rendere realizzabile quello che fino a pochi anni fa era appannaggio di futuristiche concept car.

Noi della 3m abbiamo lavorato per aziende elettroniche per moltissimi anni, fornendo loro i materiali necessari per costruire dispositivi elettronici (come telefoni o televisioni) poiché, ovviamente, non è possibile costruire dei dispositivi senza i nostri materiali, necessari per rendere il display più luminoso, per eliminare i rumori tra le diverse parti del dispositivo oppure per isolare i conduttori di elettricità dalle altre componenti e inscriverle in una zona precisa. Lo studio e lo sviluppo di questo tipo di materiali è fondamentale per l’innovazione e la tecnologizzazione delle auto, e questa è una caratteristica a cui probabilmente cinque anni fa e sicuramente dieci anni fa nessuno prestava attenzione, poiché si trattava di auto totalmente analogiche.

DISPLAY PER INTRATTENIMENTO E SICUREZZA: LE TECNOLOGIE DI 3M

L'auto del futuro, tra le altre cose, sarà dominata da molti più display di quanto non avvenga oggi. 3M ha una risposta anche per questo, proponendo materiali e tecnologie utili per migliorare la qualità di visualizzazione di immagini digitali sui supporti fisici, che siano rigidi o flessibili, trasparenti o opachi.

La gestione accurata e "pensata" della luce all'interno di questi supporti è uno degli obiettivi principali dei tecnici di 3M. Niente OLED o LCD, tuttavia: il lavoro di 3M è letteralmente "dietro" tutto questo.

Il core business del light management della nostra azienda sono le pellicole ottiche modulari. Queste pellicole sono spesse circa quanto un biglietto da visita, ma in questo piccolo spessore sono concentrati da 400 a 700 strati di diversi polimeri che possono essere utilizzati tutti nello stesso momento. Ciò che noi possiamo fare è gestire lo spessore di ogni singolo strato in questo piccolo spazio, in modo che la luce possa muoversi all’interno delle “fratture” di ogni strato. Modulando lo spessore di ogni strato, riusciamo a creare una superficie perfettamente “specchiata”, oppure possiamo bloccare o agevolare il passaggio di certi fasci di luce attraverso la pellicola. Con la tecnologia LCD, la quantità di luce che è effettivamente in grado di passare attraverso i cristalli liquidi è poca quindi i costruttori di televisioni, per esempio, utilizzano la nostra pellicola per riuscire a “riciclare” i fasci di luce che non riescono a passare attraverso i cristalli, facendo in modo che essi siano reindirizzati ai cristalli liquidi per poi uscire nuovamente all’esterno. In questo modo, le pellicole riescono a rendere gli schermi sempre più luminosi e l’energia è utilizzata in modo sempre più efficiente.

L'energia risparmiata in questi processi viene dunque impiegata per offrire più prestazioni o più autonomia, indipendentemente che si tratti di un'auto con motore a combustione o elettrico.


Tanto si sta facendo per rendere i display ancora più efficienti, ma anche versatili. Prendiamo l'esempio degli head-up display: oggi la maggior parte di questi accessori (utili per la sicurezza) funziona tramite un device in grado di proiettare alcune informazioni essenziali su un supporto in plastica trasparente che fuoriesce (antiesteticamente) nella parte superiore della plancia, di fronte al conducente. Nel migliore dei casi, questi proiettori si servono di una piccola porzione del parabrezza per proiettare tali informazioni, ma si tratta sempre di superfici di area ridotta.

3M sta collaborando con i Partner per integrare una speciale pellicola in grado di trasformare l'intera superficie dei parabrezza in un proiettore. Questo, in un'ottica di realtà aumentata, apre a nuove possibilità di utilizzo dell'head-up display. Quello che oggi accade nel display dell'infotainment di una Mercedes-Benz Classe A (navigatore con realtà aumentata) sarà in futuro visibile "a occhio nudo" direttamente dal parabrezza.

Pellicola Ultra-Clear Solar, con tecnologia Multi-Layer Optical Film

Tra le tante soluzioni messe a punto da 3M per migliorare l'esperienza di utilizzo dei display in auto vi sono delle speciali pellicole pensate per annullare quasi totalmente i riflessi del sole e di altre fonti di illuminazione sul parabrezza, sui finestrini e sugli stessi schermi di bordo. Il segreto sta nell'applicazione della tecnologia "Multi-layer Optical Film technology”, che può essere utilizzata per schermare la vettura da alcune bande di luce selezionate, diminuendo il calore nell'abitacolo senza per questo né intaccare la visibilità né limitare la ricezione per segnali cellulari o GPS.

Al contrario, ci sono pellicole sottilissime, ma dotate di speciali cristalli prismatici al loro interno in grado di ottimizzare la rifrazione della luce e migliorare così i colori e la definizione visibili all'occhio umano.

Senza dimenticare i film progettati per nascondere alla vista elementi meccanici poco attraenti o anche le telecamere, per esempio quelle inserite nell'abitacolo per monitorare lo stato di attenzione del conducente.

LE SFIDE DELL'ELETTRIFICAZIONE: LE TECNOLOGIE 3M

Il futuro della mobilità è (anche) elettrico: secondo le previsioni, nel 2030 il 55% delle auto nuove a livello globale sarà caratterizzato da alimentazioni elettriche. La mobilità a emissioni locali zero - e, in generale, quella sostenibile - rappresenta una sfida affascinante, a cui 3M sta lavorando anche in collaborazione con le Case automobilistiche.

Le innovazioni che si stanno sviluppando e che saranno perfezionate a breve sono, ad esempio, quelle relative alle auto elettriche e alle loro batterie: ecco, noi non costruiamo le batterie, bensì realizziamo il pacco batteria che permette loro di essere isolate dagli agenti esterni e alle altre componenti dell’auto, che potrebbero comprometterne la durata e l'efficienza. Noi abbiamo la conoscenza fondamentale per creare dei materiali necessari ad isolare la batteria, tenerla “al sicuro” e lontana dalle altre componenti ed allontanare il calore. Quando collaboriamo con i costruttori di batterie, troviamo delle soluzioni ai problemi di sicurezza che potrebbero sorgere. Ripeto, noi non costruiamo le batterie, bensì ci occupiamo di isolarle, repellere il calore e, in caso di incendio, di tenere sotto controllo le fiamme ed impedire loro di amplificarsi, in modo da permettere ai passeggeri di lasciare la vettura senza ulteriori rischi.


Efficienza e leggerezza: due elementi che, sulle auto elettriche, non possono che andare a braccetto per aumentare l'autonomia con una sola ricarica. L'alleggerimento di una vettura elettrica avviene a livello "macro" (struttura portante, pannelli carrozzeria, plastiche interne) ma anche a livello "micro" (spessore dei rivestimenti isolanti dell'impianto elettrico, manopole, maniglie e chi più ne ha più ne metta).

Diverse le soluzioni di 3M per rendere più leggeri le vetture: a livello "macro" troviamo la tecnologia "Glass Bubbles", che alla filler di riempimento per materiali compositi (tipicamente il carbonato di calcio) sostituisce delle microsfere di vetro (grandi come granelli di sabbia) contententi aria. Un pannello carrozzeria realizzato con questa tecnologia riduce il peso di circa il 15% rispetto ad altri compositi. Sulla Chevrolet Corvette del 2016, per esempio, i pannelli carrozzeria realizzati con questa tecnologia contribuiscono a ridurre il peso complessivo della vettura di 9 kg.

A livello "micro" 3M ha invece sviluppato dei materiali specifici per rendere più leggero ed efficiente un sistema per alzavetri elettrici. L'innovazione c'è, non si vede ma si avverte al momento della ricarica, perché tutti questi piccoli accorgimenti contribuiscono ad alleggerire la vettura ed aumentarne sensibilmente l'autonomia.

Uno dei problemi che affligge i costruttori non riguarda tanto la realizzazione di componenti più leggeri, quanto la difficoltà nell'assemblare tali componenti. In molti casi, infatti, alcuni materiali ultraleggeri difficilmente possono essere saldati tra loro. 3M è invece in grado di fornire delle strutture che sono sì leggere ma anche semplici da unire tra loro. In altri casi, spesso le Case tendono ad utilizzare materiali tradizionali come l'acciaio semplicemente perché evitare problemi di EMI (Electromagnetical Interferences): i materiali leggeri di 3M, manco a dirlo, riducono il verificarsi di questi fenomeni.


Il nemico numero uno delle auto elettriche? Per Ray Eby non vi è alcun dubbio: la dissipazione del calore. La gestione del calore all'interno del pacco batterie è la principale variabile in grado di incidere significativamente sull'autonomia di un'auto elettrica ma anche sulle prestazioni.

Già oggi è possibile ridurre i trasferimenti di calore immergendo le parti esterne dei data center o dei computer per minare i bitcoin all'interno di speciali fluidi non conduttivi, come il NOVEC di 3M (nato come liquido antincendio).

Oggi alcune delle Case automobilistiche più innovative stanno pensando di utilizzare il fluido NOVEC all'interno dei pacchi batterie. Ma questo implica un totale ripensamento del loro design.

I primi esperimenti relativi all'utilizzo dei fluidi NOVEC all'interno degli attuali pacchi batterie agli ioni di litio hanno evidenziato non solo una migliore gestione termica, ma anche una riduzione quasi totale della percentuale di degrado della batteria.

L'AUTO SI ADEGUA AI CAMBIAMENTI IMPOSTI DALLA TECNOLOGIA

I designer e i progettisti di 3M lavorano a quattro mani con quelli delle Case automobilistiche, affiancandoli in un cambiamento epocale:

la sfida più grande per loro è il ritmo del cambiamento, che una volta, non essendo così rapido, permetteva ad un’auto di rimanere innovativa per 4/5 anni (ed in certi casi è ancora così). Immaginiamo, per esempio, un costruttore di guarnizioni in gommapiuma che pensa di progettare una guarnizione adesso e poi metterla in produzione dopo 5 anni: non lo può fare ovviamente, perché quella gommapiuma sarà già obsoleta dopo cinque anni. E questo è un esempio di quanto fossero lenti un tempo i cambiamenti nell’industria automobilistica. Se adesso un costruttore volesse fare la stessa cosa, non potrebbe più farlo, vista la velocità dei cambiamenti. Questa rapidità è dovuta principalmente all’introduzione dell’elettronica nell’industria: ci si muove al ritmo della tecnologia e così faranno, grazie a noi, anche i nostri Partner.

Spetterà ai designer il compito - fondamentale - di trovare la migliore applicazione possibile delle tecnologie messe a disposizione da 3M per risolvere i problemi della mobilità del futuro, migliorando l'esperienza per gli utenti. Anche in futuro, dunque, 3M rimarrà dietro le quinte, con la consapevolezza di aver fornito ai propri clienti un know-how frutto di oltre cent'anni di ricerca e sviluppo.


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