AKILLI CAM TEKNOLOJİSİYLE GÖRÜNMEZ OLUN

Cam binlerce yıl öncesinden beri medeniyetimizin bütün gelişim aşamalarında gerek sıradan eşyaların üretiminde gerekse dönemin teknolojik icatlarında çokça kez kullanılmıştır. Fakat yine de söz konusu cam olduğunda akla ilk gelen şey pencerelerdir. Bir bina tasarlamak istediğinizde bina içerisinin dışarının kötü hava koşullarına karşı dayanıklı olmasını diğer yandansa güneş ışığının istenildiği zaman içeri girebilmesini istersiniz. Buna izin verebilecek tek yapı kuşkusuz camlardır. Yani cam – pencere ilişkisi aslına bakılırsa camın neredeyse kusursuza yakın ölçüde ışığı geçirebiliyor oluşundan ileri gelir. Ancak kimi zaman camın bu sorgusuz sualsiz ışığı geçiriyor oluşu istenmeyen bir durum olarak karşımıza çıkar. Dışarıda hava karardığında evin içerisindeki ışığın dışarıya geçip dışarıdakiler tarafından görülmek istemezsiniz. Ne de olsa klasik camlar üzerlerine gelen ışığın dışarıdan mı yoksa içeriden mi geliyor olduklarını seçemez ve neredeyse tüm ışığı geçirirler. İnsanoğlu bunun için yine hayli eski ve bir o kadar da pratik bir çözüm üretmiştir: perde. Sabah dışarıdaki gün ışığını almak için perdenizi açar akşamsa içeriden gelen ışığın dışarı çıkmasını önlemek için perdenizi kapatırsınız. Artık temel bilimlerde ışığın davranışları hakkında edindiğimiz bilgiler ve gelişen teknolojimiz sayesinde perde gibi mekanik bir çözüm kullanmaya ihtiyacımız yok. Sıradan bir cama yapılacak özel bir kaplama sayesinde onu ‘akıllı cama’ dönüştürmek mümkün. Yani temelde akıllı camlar, klasik cam ve perde ikilisini birleştiriyor. Bu camlar bildiğimiz klasik camlar gibi ışığı sorgusuz sualsiz geçirmek yerine günün hangi saatlerinde ne kadar miktarda ışık geçireceklerini kendileri ayarlayabiliyorlar. Üstelik artan piyasalaşma ve ucuz üretim tekniklerinin gelişmesiyle birlikte şu anda bu teknolojiye ev ve ofislerimizde sahip olmaya bir hayli yakınız!

Camın Kısa Bir Özgeçmişi

Klasik anlamda bildiğimiz cam en az 4500 yıldır hayatımızın bir parçası. Mısır medeniyetinde MÖ 2500 yılına tarihlendirilen cam boncuklardan günümüzde ev ve ofislerimizin dış yüzeyini dolduran camlara kadar medeniyetimizin bütün bir gelişimi içerisinde pek çok yerde camı kullandığımız söylenebilir. Bugünkü gelişmişlik düzeyimizde dahi asırlar önce Mısır medeniyetinde üretilebilen ve işlenebilen bu malzemeyi hala üretmekte ve en basit araç gereçlerimizden uzay teknolojisine kadar geniş bir yelpazede kullanmaktayız.

Malzeme bilimi içerisinden bakacak olursak cam amorf katı olarak tanımlanabilecek bir malzemedir. Amorf terimi cam içerisindeki molekül dizilimlerinin düzensiz bir yapıda oluşundan gelir ki zaten cam sahip olduğu yüksek ışık geçirgenliğini de buna borçludur. Diğer yandan camın katı bir malzeme olduğunu gönül rahatlığıyla söyleyebilmek de ne yazık ki mümkün değil. Çünkü sıvılara özgü bir özellik olan viskozite (akmazlık) camın karakteristik bir davranışı olarak karşımıza çıkıyor. Eğer camın bir viskozitesi var ise akla şu soru geliyor: cam akıyor mu? Bu soruya gözlemle desteklenen bir cevap verebilmemiz ne yazık ki mümkün değil çünkü camın viskozitesi öylesine yüksek ki yani akmaya karşı öyle yüksek bir dirence sahip ki akmayı gözlemlemek için neredeyse evrenin yaşıyla kıyaslanabilecek kadar bir zaman beklememiz gerekiyor. Dolayısıyla camın akıp akmadığı tartışması kuramsal olmaktan öteye gidemiyor. Diğer yandan katı malzemelerin sahip oldukları karakterize erime sıcaklığı cam için geçerli değil. Yani cam için şu sıcaklıkta erir diyebileceğiniz bir sıcaklık değeri yok. Dolayısıyla camın faz durumu için sıvı özellikler gösteren katı bir madde tanımı yapmak nispeten doğru olabilir. Fakat bu tartışma tamamen kuramsal bir tartışmadır. Pratik bir önemi yoktur. Aslında camın hangi fazda olduğunu anlamak için ona kafanızı çarpmanız yetecektir!

Camın kimyasını inceleyemeye kalktığımızda da çok çeşitli bir yelpazeyle karşılaşırız. Farklı özelliklere sahip camlar üretmek üzere değişik kimyasal bileşiklerin yapıya katılmasıyla çok çeşitli camlar üretilebiliyor. Bu yüzden camın kimyası konusunda bir genellemeye gitmek sakınca doğurabilir. Ancak insanoğlunun farklı özelliklerini düşünmeden geleneksel yöntemlerle ürettiği cama ‘adi cam’ tanımı yaparsak bir kimyadan bahsetmek mümkün olur. Adi cam yapısında kum-soda-kireç bileşenlerini barındırır. Ancak dediğimiz gibi günümüzde karşımıza çıkacak herhangi bir cam büyük ihtimalle yalnızca bu bileşenlerden ibaret olmayıp farklı özellikler için farklı kimyasal yapılarla desteklenmiş türde olacaktır.

Klasik Camdan Akıllı Camlara Geçiş

Her saniye gelişmekte olan teknoloji, karşımıza telefon, televizyon, bilgisayar gibi yeni aygıtlar çıkarmanın yanı sıra hâlihazırda yüzyıllardır hayatımızda olan bazı malzeme ve aygıtları da geliştirip dönüştürüyor. Cam, teknolojik ilerlemeler neticesinde gelişen ve dönüşen malzemelere güzel bir örnek oluşturuyor. Öyle ki statik yapısıyla bildiğimiz, yani çevresindeki herhangi bir değişkene cevap veremeyen klasik camlar yerine artık çevre değişkenlerine göre kendini ayarlayabilen yani bir anlamda aygıtlaşan (makineleşen) camları konuşabiliyoruz.

Bütün teknolojik gelişmeler temel bilimde kaydedilen ilerlemelere dayanır. Gelişen teknolojinin klasik camdan akıllı cama dönüştürdüğü bu aygıtlarda, yapılarını, optik biliminde kaydettiğimiz olağanüstü bilimsel ilerlemelere borçludur. Işığın davranışını ve maddeyle etkileşimini böylesine ileri düzeyde biliyor olmasaydık bu teknolojiyi geliştirebilmemiz de mümkün olmayacaktı.

Işığın bir cama hatta daha genel anlamda bir madde üzerine düşmesi yansıyan, geçen ve emilen olmak üzere temelde üç farklı bileşene bölünmesiyle sonuçlanır. Daha önce de söylediğimiz gibi camlar ışığı yüksek oranda geçirme kapasitesine sahiptirler. Fakat klasik camlar için ne kadar miktarda ışık geçirileceği tamamen camın kimyasıyla alakalıdır. Eğer isterseniz ışığı %50 oranında geçiren bir klasik cam üretebilirsiniz. Ancak camın kullanımı sırasında sonradan bu oranı değiştirebilmeniz söz konusu değildir. Akıllı camları da akıllı yapan şey camın kullanımı sırasında hangi zaman diliminde ne kadar miktarda ışığın geçeceğini ayarlayabiliyor oluşumuzdur. Yani akıllı camlarla çevrili bir ofis içerisinde çalışıyorsanız perde veya jaluzi gibi herhangi bir mekanik çözüm kullanmadan istediğiniz zaman ışığın geçmesine izin vererek dışarısını görebilir, özel bir toplantı yürüttüğünüz esnada ise ışığın geçmesine izin vermeyerek dışarıdan görünürlüğünüzü sonlandırabilirsiniz.

Akıllı Camlar Nasıl Çalışır?

Çalışma yapısı bakımından farklı çeşitlerde akıllı cam sistemlerinden bahsetmek mümkün. Bunlar Askı parçacık sistemi (Suspended Particle Device – SPD), elektrokromik sistem (Electrochromic Device) ve polimer dağınık sıvı kristal sistem (Polymer Dispersed Liquid Crystal Device – PDLC) olmak üzere temelde 3 tiptir. Biz bu yazıda LCD televizyonlardan tanıdık olduğumuz sıvı kristal sistemli (PDLC) ve askı parçacık sistemli (SPD) akıllı camların çalışma yapısını inceleyeceğiz. Elektrokromik sistem için yazının sonunda verdiğim ileri okumalara başvurabilirsiniz.

SPD Sistemli Akıllı Cam

SPD tipi akıllı camların çalışma sistemi oldukça basittir. İki ayrı cam yüzeyine kaplanan şeffaf iletken yüzeyler birbirlerine bakacak şekilde konumlandırılıp ara bölmeye ise sisteme adını veren askı parçacıklar yerleştirilerek SPD sistemi oluşturulur. Sistem içerisinde iletken yüzeyler sanki bir kondansatörün yük depolayan iki plakası gibi kullanılacak şekilde bir akım kaynağına bağlanır. İletken yüzeylere güç verilmezken bölmedeki askı parçacıklar gelişigüzel bir şekilde konumlanmışlardır ve ışığın geçebileceği herhangi bir yol yoktur. Devreye güç verildiğinde ise yüzeyler arasında meydana gelen potansiyel fark ara bölgede bir elektrik alanın oluşmasına yol açar. Askı parçacıklar bu elektrik alanın etkisiyle bir çizgi boyunca hizalanırlar. Bu hizalanma sonucu bölme içerisinde ışığın diğer bölgeye geçebileceği yollar oluşur. Elektrik alan arttırıldıkça bu hizalanma daha da keskinleşir ve daha da fazla miktarda ışığın geçmesi sağlanır.

Böylelikle eğer SPD tipi akıllı cam kullanılan bir ofiste çalışıyorsanız istediğiniz anda perde veya jaluzi gibi mekanik bir çözüme başvurmadan bir tuşa basarak camlarınızı karartabilir dışarıdan görünürlüğünüze son verebilirsiniz. Diğer yandan birazdan inceleyeceğimiz PDLC sisteminden farklı olarak SPD sisteminde geçecek ışığın miktarını ayarlayabilirsiniz. İletken yüzeylere ne kadar akım verirseniz o kadar güçlü bir elektrik alan oluşacak, askı parçacıklar o kadar düzgün bir hizalanma içerisine girecek ve o kadar miktarda ışığın geçmesi sağlanacaktır. Yani devreye verilecek güç arttıkça geçmesine izin verilen ışık miktarı artacaktır.

Sistemi manuel kullanmanın yanı sıra devreye bağlayacağınız sensörlerle otomatik olarak da kullanabilirsiniz. Örneğin evler için bir fotosel kullanarak gün ışığı ortamında akıllı camınızı aktif (ışığı geçiren konum) gece ise otomatik olarak pasif konumda çalışacak şekilde ayarlayabilirsiniz.

PDLC Sistemli Akıllı Cam

PDLC sistemi ise ismen size tanıdık gelebilir. Şu anda bu yazıyı sıvı kristal (LCD) bir ekrandan okuyor olabilirsiniz. Sıvı kristallerin akıllı camlar için kullanımı da ekranlar için kullanımına oldukça benzerdir.

Sıvı kristaller, SPD sisteminde olduğu gibi ara bölmede konumlandırılırlar. İletken yüzeylere verilen akım yine bir elektrik alan oluşturur ve sıvı kristaller elektrik alanın yokluğunda rastgele konumlanmışken elektrik alanla birlikte hizalanırlar. Böylelikle yine ışığın diğer tarafa geçebileceği yollar oluşur. PDLC sisteminde daha öncede söylediğimiz gibi bir ara durum söz konusu değildir. Yani voltajı değiştirerek geçen ışık miktarını ayarlayamazsınız. Sistemin yalnızca açık ve kapalı olduğu durumlar vardır.

PDLC nispeten daha eski ve daha yaygın kullanılan bir teknolojidir. Bu tarz akıllı camlarla karşılaşmak yüksek bir olasılıktır. Çünkü PDLC sisteminin SPD’ye göre ışığı geçirme oranı daha yüksektir. Sistem aktif durumdayken SPD açık mavi renkte ışığı geçirirken PDLC dalgaboyu ayırımı yapmadan temiz ışığı geçirir.

Akıllı Cam Uygulamaları

Akıllı camın uygulama alanı oldukça geniş. Toplantı salonları veya makam odalarında güvenlik kaygısıyla özel bölümleri ayırmada, arabalarda yine korunma ve güvenlik kaygısıyla, hastanelerin özellikle yoğun bakım ünitelerinde ziyaretçilerin hastayı herhangi bir mikrobiyal tehlikeye mahal vermeden uzaktan görebilmelerinde, PDLC tipi akıllı camın okul ve müzelerde projeksiyon ekranı olarak kullanılmasında, AVM’lerin veya daha genel anlamda mağazaların soyunma kabinlerinde, banyo tuvalet veya duşakabinlerde kısacası camın olduğu her yerde akıllı cam kendine uygulama alanı bulabilir. Alçıpan, ahşap, duvar gibi bilindik yöntemler yerine akıllı cam bölmelendirmede daha estetik bir çözüm sunar. Son dönemlerde estetik kaygılar sonucu özellikle inşaat alanında camın giderek daha fazla hayatımıza girdiğini görüyoruz. Dış cephesi komple camdan oluşturulmuş olan binalar için akıllı cam teknolojisi son derece kullanışlı bir çözüm üretiyor.

Son olarak akıllı camın avantajlarını ele almalıyız. Bilindiği gibi ışık enerji demektir. Akıllı camlarla birlikte herhangi bir odanın içerisine programlı bir şekilde alınan ışık kayda değer miktarda enerji tasarrufu sağlar. Klimanızın harcadığı enerji miktarını düşürür. Şöyle düşünelim: siz henüz ofisinize gelip işbaşı yapmadığınız sabah saatlerinde akıllı camınız fotosel sayesinde otomatik olarak aktifleşerek günün ilk ışıklarını odaya alır ve siz gelene kadar oda bir miktar ısınmış olur. Böylelikle ısınma maliyetinden tasarruf edebilmek mümkün hale gelir. Bu aşamada akıllı camın harcadığı elektriği soruyor olabilirsiniz. Akıllı camlar çalışma sistemine bağlı olarak ciddi miktarda az enerjiyle çalışırlar. Birkaç penceredeki akıllı cam sisteminin çalıştırıldığı anda dahi harcadığı enerji tek bir ampulün harcadığından düşüktür.

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=vdHmQcNLXos]

Bunun yanı sıra akıllı camlar zararlı ultraviyole ışıktan korunmak için de iyi bir yöntemdir. Bir akıllı cam UV aktivitesine göre çalıştırılarak bu zararlı ışınların yoğunlukta olduğu saatlerde akıllı camın ışığın geçmesine izin vermemesini sağlayarak çalışma veya ev ortamınızda bu ışınlardan korunabilirsiniz.

Sonuç

Daha estetik oluşu veya perde vb. çözümlere kıyasla temizlik gerektirmiyor oluşu gibi avantajlarıyla birlikte akıllı camlar, ışığın maksimum miktarda geçmesinin önem arz etmediği her uygulamada kullanılabilir. İncelediğimiz sistemlerden de anlaşılabileceği gibi ışığın geçmesi için ne kadar yol açılırsa açılsın camlar arasında konumlanan parçacıkların kendileri bir miktar ışığın yansımasına yani geçirilememesine neden olur. Dolayısıyla hiçbir akıllı cam uygulaması klasik bir camda olduğu kadar ışığı geçiremez. Ancak yine de bu durum görünürlüğü etkilemez. İstediğiniz an yalnızca bir tuşa basarak, temel bilimlere ömürlerini adamış nice aklın geliştirdiği optik bilgimiz sayesinde üretilebilen bir teknoloji olan akıllı camınızın ardında görünmez olabilirsiniz!

Kaynaklar ve İleri Okuma

HowStuffWorks, How Smart Windows Work? – Suspended Particle Devices
HowStuffWorks, How Smart Windows Work? – Liquid Crystals
HowStuffWorks, How Smart Windows Work? – A Bright Future
Research Frontiers Inc. http://www.smartglass.com/
Wikipedia, Smart Glass – http://en.wikipedia.org/wiki/Smart_glass
Britannica, Glass – http://www.britannica.com/EBchecked/topic/234888/glass/
Tübitak, Cam Neden Katı Sınıfına Sokulmaz?