Tesla строит человекоподобных роботов, развивает системы помощи водителю и даже отправляла автомобиль в космос. Но на лобовом стекле Cybertruck инженерам пришлось использовать решение, которому больше 120 лет: огромный механический дворник длиной около 1,2 метра. Это крупнейшая подобная щётка среди серийных автомобилей, и её появление особенно показательно на фоне попыток Tesla заменить традиционную конструкцию лазером.
Патент на систему лазерной очистки стекла Tesla подала в 2019 году — в тот же период, когда публике показали Cybertruck. Идея выглядела гораздо футуристичнее обычной резиновой щётки: камера должна была обнаруживать загрязнение, после чего импульсный лазер удалял его с поверхности. Tesla рассматривала технологию не только для автомобильных стёкол, но и для солнечных панелей.
Однако на серийном Cybertruck лазера не появилось. Вместо него инженеры установили гигантский дворник с мощным 40-вольтовым приводом и специальным аэродинамическим решением, которое должно удерживать щётку на стекле на высокой скорости. Причина проста: за лобовым стеклом Cybertruck находятся камеры, поэтому чистое стекло для работы электронных систем автомобиля имеет практическое значение. Чем больше автомобиль зависит от камер, тем выше требования к их обзору.
При этом сам патент не означает, что технология была доведена до серийного производства. Патентная система защищает новую техническую идею, но выдача патента не гарантирует её экономическую или эксплуатационную пригодность. В случае Tesla лазерная очистка осталась перспективной разработкой, тогда как на автомобиле появился очень большой, но вполне традиционный дворник.
Изобретение, которое пережило автомобиль
История дворника началась задолго до появления современных автомобилей. В 1902 году Мэри Андерсон во время поездки в Нью-Йорк наблюдала, как водитель трамвая вынужден открывать окно и вручную очищать стекло от снега и наледи. После этого она разработала конструкцию с рычагом из салона и резиновой полосой снаружи, а в 1903 году получила патент.
Андерсон пыталась заинтересовать производителей своим изобретением, но коммерческого успеха не добилась. Патент в итоге истёк, а сама изобретательница практически ничего на нём не заработала. Сегодня принцип, предложенный Андерсон, используется примерно на каждом серийном автомобиле, хотя за прошедшие десятилетия изменились двигатели, тормоза, фары и электронные системы.
Дворник пережил даже попытки сделать его более интеллектуальным. В 1960-х инженер Роберт Кёрнс разработал прерывистый режим работы щёток, при котором дворник делает паузу между взмахами во время мелкого дождя. После конфликта с автопроизводителями Кёрнс много лет судился с крупными компаниями и в итоге получил многомиллионные выплаты. История стала настолько известной, что позднее легла в основу фильма «Проблеск гениальности».
Почему не работают ультразвук и самоочищающееся стекло
Заменить механическую щётку пытались не только лазером. В 2013 году McLaren объявила о разработке системы, которая должна была очищать стекло ультразвуком. Высокочастотные колебания должны были отталкивать воду, снег, грязь и насекомых от поверхности, избавляя автомобиль от обычных дворников.
Проблема обнаружилась в разнице между чистой водой и настоящей дорожной грязью. Ультразвуком относительно легко воздействовать на капли воды, но засохшая грязь, дорожная пыль и остатки насекомых гораздо прочнее связаны со стеклом. Чтобы эффективно удалять такие загрязнения, потребовалась бы значительно более мощная система, а вместе с ней выросли бы размеры, стоимость и энергопотребление.
Похожая проблема возникла с концепциями самоочищающегося стекла. В 2008 году итальянское ателье Fioravanti представило конструкцию, в которой электрическое поле должно было перемещать частицы загрязнения к краям стекла. На практике технология могла воздействовать преимущественно на лёгкую сухую пыль, тогда как более плотные загрязнения всё равно требовали механического удаления.
Гидрофобные покрытия оказались значительно практичнее, но и они не отменили дворники. Покрытие помогает воде собираться в капли и быстрее уходить со стекла, однако не удаляет пыль, грязь и насекомых. Поэтому современные составы скорее дополняют механическую очистку, чем способны полностью её заменить.
Почему обычная щётка всё ещё выигрывает
Главное преимущество дворника заключается в простоте. Резиновая кромка непосредственно контактирует со стеклом и механически удаляет практически всё, что попадает в зону очистки: воду, снег, грязь и остатки насекомых. Ей не нужны сложные датчики, лазерный источник, мощный ультразвуковой генератор или специальное электропроводящее покрытие.
Есть и экономическая сторона. Обычная щётка стоит относительно недорого, быстро меняется и не требует сложного обслуживания. Если она износилась, её можно заменить без вмешательства в электронику автомобиля.
При этом конструкция постоянно совершенствуется. Меняются форма щёток, материалы резины, аэродинамика, приводы и алгоритмы автоматического управления. Но сам принцип остаётся прежним, потому что он решает главную проблему максимально прямым способом: загрязнение физически сдвигается со стекла.
Именно поэтому Cybertruck оказался хорошей иллюстрацией противоречия современной автомобильной техники. Автомобиль может использовать сложнейшую электронику, камеры и системы автоматизации, но когда речь заходит о толстом слое грязи на стекле, механическая резиновая щётка пока оказывается практичнее лазера.
Когда дворники действительно могут исчезнуть
Полностью отказаться от дворников автомобильная промышленность сможет, если изменится сама задача. Большое лобовое стекло необходимо прежде всего человеку, которому нужен широкий прямой обзор дороги. Для беспилотной машины такой элемент уже не является настолько принципиальным.
Если управление полностью перейдёт к компьютеру, информацию о дороге можно будет получать с камер, лидаров и других датчиков, размещённых в разных точках кузова. Небольшой объектив при этом значительно проще защищать от воды и грязи, чем огромное лобовое стекло.
Для отдельных камер можно использовать локальный обдув, небольшие форсунки или другие способы очистки. Поэтому парадокс заключается в том, что дворник может исчезнуть не благодаря изобретению более совершенной щётки, а потому, что автомобилю будущего в принципе может не понадобиться очищать огромное стекло для человеческого зрения.
Пока же ситуация выглядит иначе. Tesla смогла построить автомобиль с огромным количеством современной электроники, но на его лобовом стекле всё равно оказался старый добрый дворник. За 120 лет инженеры придумали лазеры, ультразвук, электромагнитные системы и самоочищающиеся покрытия, однако простая резиновая кромка пока остаётся самым универсальным способом быстро убрать с дороги дождь, снег и грязь.