DISPLAYS BASEADOS EM ELECTROCROMIA:
DA TECNOLOGIA AOS SERVIÇOS
(ARTIGO DE DIVULGAÇÃO DE COMUNICAÇÃO DE ÁUDIO E VÍDEO)
63959 Miguel Martins1, 76584 Germano Capela2
Instituto Superior Técnico
Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisboa, Portugal
1 [email protected], 2 [email protected]
RESUMO
No mundo atual, o avanço da tecnologia tem um contributo
preponderante no aumento do conforto do ser humano, em
especial, na forma como este comunica. Os
desenvolvimentos tecnológicos mostram que ainda é
possível inventar novas formas de comunicar.
Este trabalho tem como objectivo fazer a
divulgação de uma tecnologia emergente, dispositivos
baseados em electrocromia, como novo meio de
comunicação visual. Esta tecnologia dilui os conceitos de
ecrã e vidro num só, apresentando-se com enormes
potencialidades de aplicação nos ecrãs tradicionais (desde
os terminais móveis aos ecrãs de grandes dimensões), assim
como em todos os sectores que utilizam o vidro como
material de construção e embelezamento.
Dos televisores aos dispositivos móveis, da
construção civil às aplicações militares, da conversão de
energia à agricultura, esta tecnologia apresenta
potencialidades que podem alterar significativamente a
forma como se comunica e como se tira partido das
superfícies translúcidas.
Palavras-chave— Dispositivo
inteligente, ecrãs transparentes
electrocrómico,
Numa cadeia multimédia1, facilmente se entende
que o display, ou seja, o dispositivo que termina a cadeia
perante o ser humano, tem um papel de elevada importância
na forma como este percepciona os conteúdos multimédia.
Neste âmbito, observa-se que nas últimas décadas
deram-se desenvolvimentos muito significativos no fabrico
de displays, muito devido aos avanços recentes no mundo
da
electrónica.
Estes
avanços
caracterizam-se
essencialmente pela utilização de novos materiais e novos
processos de fabrico.
Propriedades tais como a translucidez ou a
maleabilidade deixaram de estar no imaginário dos
engenheiros.
A ideia de utilizar displays transparente não é
completamente nova, basta para isso pensar nos dipslays
electrocrómicos dos relógios ou calculadoras. Então aqui
pode colocar-se a questão: qual a novidade nos novos
displays electrocrómicos?
vidro
1. INTRODUÇÃO
A interação, a experiência do utilizador e a novidade são as
chaves para o sucesso de um novo produto multimédia. Esta
dimensão pode até ir muito mais além do que a própria
tecnologia, sendo muitas das vezes o conteúdo que faz a
diferença entre o atrativo e o não atrativo. No entanto, é
sabido que um bom conteúdo multimédia deve ter uma base
tecnológica que consiga corresponder com as suas
necessidades.
O objetivo deste trabalho é descrever uma das
inovações tecnológicas no fabrico de ecrãs / vidros, e qual o
impacto que poderá ter no mundo multimédia.
Figura 1- Exemplo de um display electrocrómico de uma calculadora.
Para responder à questão há que compreender
como funciona a tecnologia electrocrómica. Uma tremenda
evolução no tipo de materiais utilizados e no processo de
fabrico dos componentes electrónicos permitiu que este tipo
de displays evoluísse para as capacidades necessárias a um
display multimédia (velocidade de refrescamento da
1
Entenda-se por cadeia multimédia todo o conjunto de dispositivos
que permitem fazer chegar ao utilizador determinado conteúdo.
1
imagem). Esta nova técnica permite obter propriedades
físicas e químicas que possibilitam dinâmica de cor e
translucidez, admitindo assim combinar no mesmo
dispositivo vidro e ecrã.
2. TECNOLOGIA - A ELECTROCROMIA
Os dispositivos electrocrómicos são um tema de estudo
muito atual no mundo da engenharia dos materiais.
A propriedade que permite a criação de
dispositivos transparentes denomina-se electrocromismo,
capacidade que alguns materiais têm de ver alteradas as suas
propriedades ópticas quando lhes é aplicado um campo
eléctrico. De acordo com o exposto em [1], este processo é
reversível, é possível utilizá-lo para criar dispositivos
equivalentes a janelas, ecrãs, etc..
2.1 Arquitetura básica de um sistema com propriedades
electrocrómicas
O funcionamento deste tipo de dispositivos sugere uma
composição de vários materiais, cujas propriedades
electroquímicas, quando conjugadas, permitem o controlo
da transmissão de luz através deles.
Figura 2 - Um dos projetos para estádio do mundial de futebol do
Qatar 2022. Fonte: Official Qatar 2022 Youtube Channel.
Visões como a ilustrada na Figura 2 começam a
fazer parte do imaginário das pessoas, num futuro que se
avizinha cada vez mais próximo.
Uma vez que esta tecnologia ainda se encontra
numa fase de desenvolvimento, ainda não é possível ter a
percepção completa sobre o impacto que terá no mercado
dos ecrãs ou dos vidros. No entanto, entende-se facilmente
em que áreas de mercado poderá ter aplicabilidade:
- na construção civil, mercado automóvel e indústria de
defesa com a utilização de vidros inteligentes (vidros que
têm a capacidade de ajustar a opacidade e
consequentemente a penetração da luz) e utilização de
vidros displays (um exemplo será a difusão de conteúdos
publicitários em edifícios revestidos a vidro);
- no mercado dos terminais móveis e dos ecrãs
convencionais (ecrãs transparentes);
- na geração de energia eléctrica (utilização de vidros que
simultaneamente têm a capacidade de converter energia foto
voltaica em energia eléctrica);
- utilização na agricultura (estufas cuja cobertura tem
transparência regulável).
Pretende-se também com este trabalho verificar
qual o estado atual desta tecnologia, descrevendo quais as
aplicações atuais.
Nunca é demais pensar qual o impacto económico
e social desta tecnologia. Este trabalho pretende também
fazer uma abordagem ao impacto desta tecnologia em
alguns dos mercados referidos, o impacto na sociedade e no
dia-a-dia das pessoas. É também feita uma referência, no
âmbito do impacto social, relativa à sustentabilidade e
impacto ambiental.
Figura 3 - Composição e funcionamento básico do dispositivo
electrocrómico. Fonte: [2]
Como se pode observar na Figura 3, um dispositivo
electrocrómico é composto por vários materiais
devidamente sobrepostos em camadas. O material condutor
e transparente colocado imediatamente a seguir ao vidro
denomina-se TCO (Transparent Conductive Oxide).
Imediatamente anexo ao TCO, existe um camada
denominada película electrocrómica (3) e (5), cuja função é
possibilitar o transporte e armazenamento de iões entre as
camadas anexas. O fluxo de cargas eléctricas ao longo
destes materiais possibilita a alteração das propriedades
ópticas do condutor iónico (4).
2
de displays transparentes. Em [3] é apresentado um
dispositivo de resolução QVGA (320x240). Este protótipo
experimental demonstra a aplicabilidade da tecnologia
electrocrómica em displays.
Figura 4 - Exemplo de uma fachada e um edifício com vidros
electrocrómicos. Fonte: www.interactivearchitecture.org
2.2 Do dispositivo electrocrómico ao ecrã electrocrómico
Visto o funcionamento da unidade de imagem que o
dispositivo
electrocrómico
possibilita
(pixel
electrocrómico), conceptualmente, é fácil de entender que
um ecrã que utilize esta tecnologia será uma matriz destas
unidades electrocrómicas em tamanho muito reduzido.
O que efetivamente distingue estes displays dos
clássicos displays electrocrómicos é a deposição de
electrónica transparente (dispositivos ativos) em cada uma
das unidades de imagem (pixel). Esta capacidade permite
que estes displays funcionem tal e qual como os atuais
displays TFT2 (em termos de velocidade de refrescamento
dos pixels), sendo que este novo tipo de dispositivos
electrocrómicos pode ser totalmente transparente.
Nos últimos anos, têm sido realizados avanços
muito significativos nestas tecnologias, sendo que existem
alguns centros de investigação, inclusive em Portugal, que
se dedicam a esta área. Recentemente, o centro de
investigação CENIMAT, da Faculdade de Ciências e
Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, descobriu uma
forma de produzir estes materiais à temperatura ambiente,
tendo feito o primeiro TFT absolutamente transparente à
temperatura ambiente.
3. ESTADO DA ARTE
Como referido nas secções anteriores, as evoluções mais
atuais desta tecnologia estão relacionadas com a concepção
Figura 5 - Dispositivo electrocrómico proposto em [4].
A Figura 5 ilustra um ecrã com propriedades
transparentes, o qual já consegue atingir alguns dos
requisitos essenciais para o fabrico de ecrãs para
multimédia, como por exemplo, velocidade de
refrescamento dos pixéis e ausência de interferência entre
estes.
Outra característica interessante que muitas das
vezes vem associada a estes novos displays é a flexibilidade.
Em [4] são exploradas exatamente estas duas características
(transparência e maleabilidade). Essencialmente o
dispositivo proposto é composto por materiais de base
orgânica, sendo nestes e no processo de fabrico que reside a
grande evolução protagonizada por estes dispositivos.
Verifica-se assim que existem alguns exemplos,
ainda que em fase de evolução, que mostram quão próximos
estes dispositivos poderão estar do nosso dia-a-dia, a um
preço comercialmente aceitável, desde televisores a
dispositivos móveis, mobiliário a fachadas de prédios.
4. SOLUÇÕES EM FASE DE COMERCIALIZAÇÃO
2
TFT, acrónimo para Thin-Film Transístor – tipo de display que
utiliza uma matriz activa de células electrocrómicas mas que
tipicamente não é transparente.
Verifica-se que, apesar dos desenvolvimentos observados
nos últimos anos, ainda é muito reduzida a utilização deste
3
tipo de tecnologias como alternativa a outras existentes.
Estando ainda numa fase de desenvolvimento inicial, os
custos associados aos processos de fabrico ainda não são
compatíveis com as aplicações finais.
Como exemplos de aplicação, selecionaram-se
alguns produtos e empresas já presentes no mercado:
- A empresa Sageglass® comercializa um produto ao qual
chamou de “Dynamic Glass” ou “Switchable Glass”, que no
fundo não é mais do que janelas em que o vidro é uma
unidade electrocrómica. Desta forma, comercializam um
produto que está virado para o mercado da construção civil,
garantindo, como por exemplo, gestão eficiente de recursos
energéticos e conforto.
Figura 7 - Superfície transparente / ecrã em fase de desenvolvimento.
Fonte: http://www.esgpolyvision.co.uk
Figura 6 - Exemplo de edifício optimizado com janelas electrocrómicas
presente no portfólio da Sageglass®. Fonte: sageglass.com
A interação proporcionada por estes dispositivos
pode ir desde o controlo dinâmico da exposição solar dos
compartimentos, até à sua utilização como display
multimédia.
A Figura 7 é talvez a demonstração mais avançada
do conceito ilustrado por este trabalho de investigação.
Tratar-se-á de um vidro, de um televisor ou de uma
superfície com translucidez controlável? É esta mudança de
paradigma que eventualmente encontraremos num futuro
próximo, ou seja, estes conceitos irão estar presentes
funcionalmente num só dispositivo.
5. MODELOS DE NEGÓCIO
- A empresa Polyvision ™3 comercializa um produto ao
qual chamou Switchable Privacy Glass que, tal como o
próprio nome indica, é um vidro que tem a capacidade de,
através de um interruptor, alterar a sua opacidade.
Os dois exemplos acima referidos caracterizam um
conceito recente dinamizado por esta tecnologia, as smart
windows. O conceito de smart window abrange todo o tipo
de tecnologia que, de alguma forma, faz das convencionais
janelas dispositivos que interagem com o ambiente em
redor.
3
Uma vez que a variedade de produtos e respectiva
comercialização é ainda reduzida, com base em critérios
meramente subjetivos, depreende-se que os grandes
consumidores desta tecnologia serão a construção civil,
construção automóvel, mobiliário e decoração, electrónica
de consumo e indústria de defesa.
Não sendo o objectivo deste trabalho fazer uma
exposição de todos os modelos de negócio existentes,
selecionou-se o caso da Sageglass® com potencial interesse
na indústria da construção civil.
Num eventual prospecção do mercado da
construção civil, elaborou-se um modelo de negócio para
este produto da Sageglass®.
Http://www.polytronix.com
4
cerca de seis patentes4 só na área da electrocromia. Neste
âmbito, foram patenteados não só os processos de fabrico,
mas também os novos materiais utilizados.
Sob o ponto de vista dos centros de investigação,
patentear significa atrair investimento, que por sua vez gera
mais investigação.
De acordo com o noticiado pela revista Exame
Informática, a 5 de Novembro de 2012, o gigante asiático
Samsung gastou cerca de 0,5M€ na compra de uma patente
ao centro de investigação CENIMAT.
7. IMPACTO SOCIAL
7.1. Impacto no quotidiano humano
Figura 8 - Esquema representativo do modelo de negócio aplicável aos
produtos da Sageglass®.
O esquema apresentado na Figura 8 exemplifica
uma perspectiva do modelo de negócio da Sageglass®.
Inicialmente, a Saint-Gobain, líder mundial na área
da construção civil, investiu cerca de 80M US$ na Sage,
permitindo que estes desenvolvessem a maior e mais
avançada fábrica de vidro dinâmico do mundo. Assim, a
Sageglass® tem a capacidade de produzir o vidro
electrocrómico de acordo com as especificações do cliente.
Por sua vez, a fase de instalação é baseada em
parcerias com várias empresas especializadas na instalação
de painéis de vidro, nomeadamente em edifícios de maiores
dimensões como museus, aeroportos e arranha-céus.
Os
clientes
alvo
da
Sageglass®
são
maioritariamente na área da construção civil. No entanto,
arquitetos e mesmo proprietários particulares começam a
mostrar um elevado grau de interesse. As várias vantagens
deste vidro são, não só a nível estético, mas também a nível
da sustentabilidade energética. É, por estas razões, um
mercado em expansão com grande potencial de
desenvolvimento, acompanhando o avanço tecnológico.
Com a evolução dos sistemas electrocrómicos, assim como
a aplicação dos mesmos nos equipamentos do dia-a-dia,
verifica-se que existe um impacto positivo na sociedade. O
facto de a janela do escritório deixar de servir apenas para
ver o exterior e passar a ser um dispositivo onde se
consegue controlar a quantidade de raios de sol incidentes, a
privacidade ou até absorver energia, são aspectos que
atraem a atenção da sociedade.
A possibilidade de revestir todo um edifício com
vidro electrocrómico, como o que comercializa a
Sageglass®, é apenas uma pequena alteração paradigmática
no sector da construção civil com impacto significativo no
quotidiano das pessoas. É de salientar que este paradigma
aplica-se também à forma como os arquitetos e construtores,
deste ramo, pensam os seus projetos. Assim, é uma
vantagem incluir o vidro electrocrómico em projetos com
clientes que têm elevada preocupação com a
sustentabilidade energética.
Desta forma, facilmente se extrapola este
pensamento para outros sectores com grande projeção
comercial e com grande incisão do quotidiano das pessoas.
6. ASPECTOS LEGAIS
6.1. Patentes
Como em qualquer outro sector tecnológico, as patentes
emergem de uma forma muito célere e natural.
Como exemplo da importância das patentes, no
caso dos centros de investigação, elas são o próprio motor
da investigação. Como exemplo disso mesmo, aplicado à
electrocromia, temos o caso português do centro de
investigação CENIMAT. Este centro de investigação possui
Figura 9 – Videoconferência de um exame médico do futuro, como
exemplo do impacto no quotidiano humano. Fonte: www.corning.com
4 http://www.cenimat.fct.unl.pt/rd-id-teams/electronic-andoptoelectronic-materials/patents
5
7.2 Impacto energético / ambiental
A sustentabilidade e eficiência energética representam dois
dos pilares essenciais no desenvolvimento de novos
produtos. Por via do modelo de negócio (produtos que
possibilitam a poupança de energia), de normas nacionais
ou, mais recorrentemente, normativas internacionais (como
por exemplo normas comunitária da União Europeia), todos
os sectores industriais acabam por promover esta nova
consciência ambiental.
Ainda no seguimento dos produtos apresentados
pela Sageglass®, na descrição dos seus produtos é
efetivamente realçada a importância do impacto ambiental,
utilizando mesmo este argumento como grande atrativo para
aquisição dos mesmos.
John Van Dine, CEO5 e fundador da Sage, defende
que os próprios painéis solares geram menos energia do que
a poupança realizada em edifícios que utilizam estas
tecnologias eficientes do ponto de vista energético.
De acordo com as informações anunciadas pela
empresa Sageglass®, os seus produtos têm potencial para
gerar poupanças energéticas em edifícios de 20% em
aquecimento e climatização e 60% em iluminação;
Como exemplo desta tendência, e no contexto das
novas aplicações da electrocromia, existem estudos cujo
enfoque é exatamente este, o ganho energético e ambiental.
Em [5] é feito um estudo sobre o contributo em
termos de eficiência energética que o conceito smart
window pode trazer ao mercado. Mais do que a poupança
energética que estes dispositivos podem proporcionar ao
longo da sua vida útil, importa perceber se isso compensa o
que se perde no seu processo de fabrico.
Figura 11 - Janelas inteligentes para controlo da luminosidade. Fonte:
Howstuffworks.com
Ainda de acordo com [5], num cenário de
aplicação em controlo de luminosidade, a utilização de uma
janela inteligente pode gerar poupanças energéticas na
ordem dos 50%, sendo que este valor é 33 vezes superior ao
custo energético associado ao fabrico da própria janela. Este
exemplo realça a importância da sustentabilidade durante a
fase de projeto dos produtos. Neste processo é essencial
contabilizar o custo energético ao longo da sua vida útil,
bem como o custo energético associado ao seu fabrico.
8. FUTURO
Figura 10 - Esquema ilustrativo da filtragem de luz em janelas
inteligentes. Fonte: Sageglass®
5
Como qualquer tecnologia, também a electrocromia se
prevê que tenha uma evolução rápida com o avanço
tecnológico. Esta evolução pode ir ao encontro dos mais
variados objetos do nosso quotidiano, desde a nossa casa, ao
centro comercial, ao meio de transporte, à medicina e até
inclusivamente à forma como comunicamos hoje em dia.
A empresa Norte Americana Corning®, que
desenvolve vários produtos, à base de vidro, relacionados
com telecomunicações, como fibras ópticas ou vidros para
ecrãs de telemóveis, tem uma visão muito concreta do
futuro. Elaborou um vídeo que retrata como será um dia, no
futuro, feito de vidro. Neste vídeo, podemos observar que a
integração dos meios de comunicação áudio e vídeo é feita
em objetos do quotidiano como por exemplo uma bancada
Chief Executive Officer, em português, Director Executivo.
6
de uma cozinha, o vidro do automóvel ou a paragem do
autocarro.
Em suma, o futuro das comunicações de áudio e
vídeo vão com toda a certeza mudar muitos paradigmas da
população, a forma como comunicamos, a forma como
aprendemos e a forma como inovamos.
Figura 12 - Ilustração com possíveis aplicações do vidro
electrocrómico. Fonte: Revista Fortune
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Granqvist, C. G. (2002). Handbook of Inorganic
Electrochromic Materials Amsterdam: Elsevier.
[2] T. Rodrigues, "Sistema Inteligente de Bloqueio da Luz Com
Recurso ao Electrocromismo (Intelligent Light Blocking
System) – Prova de Conceito", 2010, Dissertação (Mestrado
em Ciências Militares Navais, Ramo de Engenheiros Navais),
Escola Naval, Alfeite.
[3] D. S. Chung, et. al, “4.8” QVGA Electrochromic Displays
driven by Oxide TFTs”, IEEE Photonics Society, 2010 23rd
Annual Meeting.
[4] C. Jang, K. Kim, and K. C. Choi, “Toward Flexible
Transparent Plasma Display: Optical Characteristics of LowTemperature Fabricated Organic-Based Display Structure”,
IEEE Electron Device Letters, Vol. 33, No. 1, January2012.
[5] E. Syrrakou, S. Papaefthimiou, P. Yianoulis, “Eco-efficiency
evaluation of a smart window prototype”, Science of The
Total Environment, Volume 359, Issues 1–3, 15 April 2006,
Pages 267–282;
AUTORES
Terminado o curso na Escola Naval foi graduado a
Oficial da Marinha de Guerra Portuguesa com o posto de
guarda-marinha, tendo sido promovido ao posto de
segundo-tenente a 1 de Outubro de 2012. Entre Outubro de
2010 e Maio de 2011 desempenhou funções a bordo do
N.R.P. “Álvares Cabral” (fragata) como Adjunto ao Chefe
de Departamento de Armas e Electrónica, sendo responsável
pelas TIC e coadjuvando o chefe de serviço de armas e
electrónica. Entre Maio de 2011 e Setembro de 2012
desempenhou funções a bordo do N.R.P. “Baptista de
Andrade” (corveta), como Chefe do Serviço de
Electrotecnia, sendo responsável pelas áreas de produção e
distribuição de energia, TIC, comunicações militares, armas
e sensores. Atualmente encontra-se a frequentar o Mestrado
Integrado
em
Engenharia
Electrotécnica
e
de
Computadores, no Instituto Superior Técnico, Lisboa.
Da sua folha de serviços constam 2 louvores e uma
condecoração internacional.
Miguel Martins nasceu em São
Domingos de Benfica, concelho de
Lisboa, a 30 de Julho de 1989. Entre
1995 e 2007 frequentou o Colégio de
São João de Brito, Lumiar, onde
concluiu o 12º ano na área de
Ciências e Tecnologias.
No ano de 1999 iniciou a
sua formação na arte marcial
Coreana, Taekwondo, recebendo o cinto preto no início do
ano 2011. Hoje é cinto preto 2º Dan e instrutor na Songahm
Taekwondo Academy Tânger, Campo de Ourique, Lisboa.
Em 2005 foi convidado para ser animador da
pastoral do Colégio de São João de Brito, em regime de
voluntariado, e até ao presente ano animou um fim-desemana, de formação de alunos do referido colégio, por ano.
No ano de 2007 tornou-se animador de
acampamentos de férias do Colégio de São João de Brito,
em regime de voluntariado. Foi convidado para ser diretor
local do movimento em 2009, cargo que desempenhou até
ao ano 2011. No verão de 2012 foi diretor de um
acampamento de férias.
Atualmente encontra-se a frequentar o Mestrado
Integrado
em
Engenharia
Electrotécnica
e
de
Computadores, na área principal de Telecomunicações, no
Instituto Superior Técnico, Lisboa.
Germano Capela nasceu em Paços de
Brandão, concelho de Santa Maria da
Feira, a 18 de Fevereiro de 1987. Entre
2005 e 2010 frequentou o Mestrado
Integrado em Ciências Militares
Navais, no ramo de Engenheiros
Navais de Armas e Electrónica, na
Escola Naval, Alfeite, tendo recebido o
grau académico de mestre.
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