«Умное» стекло (smart glass) — стекло с изменяющимися оптическими свойствами, такими как опалесценция (матовость), коэффициент светопропускания, коэффициент поглощения тепла, и другими качествами, проявляющимися при изменении внешних условий, например, освещенности, температуры или при подаче электрического напряжения. Иными словами, «умное» стекло — материал, обладающий функцией переменной прозрачности. О нем мы и поговорим в нашем материале. И, разумеется, не забудем про патентный аспект.
Где применяют
Основные области применения в 2025 г. следующие:
Архитектурно-строительное смарт-стекло для «умных домов»;
Транспорт (авто-мото-вело-спорт; военно-воздушные устройства; водяные, включая на, по и в);
Бытовая электроника;
Энергетика.
На практике используют три вида устройств для смарт-стёкол:
В электрохромных, или электрохимических, устройствах (ECD, Electrochromic devices) изменяемым слоем является слой ионов лития, через который протекает ионный ток. Количество пропускаемого света можно контролировать амплитудой подаваемого постоянного напряжения.
В устройствах со взвешенными частицами (SPD, Suspected practical devices) между двумя подложками прозрачного стекла расположена пленка взвешенных в жидкости стержнеобразных частиц. Без электрического напряжения частицы находятся в хаотичном состоянии и поглощают свет. При этом стекло имеет серый, черный или темно-синий оттенок. При поступлении тока взвешенные частицы выстраиваются упорядоченно, стекло приобретает прозрачность.
В полимерных жидкокристаллических устройствах (PDLC, Polymer dispersed liquid crystal devices) жидкие кристаллы растворяются в мономере или диспергируются в жидкий полимер, затем формируют пленку, в которой происходит затвердевание при полимеризации или фиксация полимера при остывании либо удалении растворителя. В момент перехода из жидкого состояния в твердое жидкие кристаллы становятся несовместимы с твердой фазой полимера, и происходит разделение фаз, что сопровождается формированием жидкокристаллических капель (вкраплений) в полимере. Условия фиксации влияют на размер капель, что в свою очередь приводит к изменению оптических свойств смарт-стекла. Без напряжения жидкие кристаллы случайно упорядочены в капле, что приводит к рассеянию параллельных лучей света. При подаче напряжения электрическое поле между двумя прозрачными электродами на стекле заставляет жидкие кристаллы ориентироваться, позволяя свету проходить через капли с очень маленьким рассеянием. Стекло переходит в прозрачное состояние.
В маркетинговом исследовании Smart Glass Market Size, Share, and Trends 2025 to 2034 по прогнозам, в 2025 году мировой рынок смарт-стекол составит 6,81 млрд долларов США, а к 2034 году достигнет примерно 16,74 млрд долларов, увеличиваясь в среднем на 10,51% в год с 2025 по 2034 год.
В частности внедрение искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения (МО) играет преобразующую роль на рынке смарт-очков. Интеграция ИИ с устройствами Интернета вещей позволяет оптимизировать функциональность в зависимости от условий. Алгоритмы ИИ также способствуют распространению смарт-очков в различных сферах применения. Кроме того, эти системы требуют постоянного мониторинга, где ИИ играет важную роль в профилактическом обслуживании разнообразных устройств, которое сокращает время простоя оборудования. Важнейшим фактором внедрения ИИ также является анализ будущих тенденций рынка, который может помочь в оптимизации конкретных предприятий.
Например, в январе 2025 года на выставке CES 2025 были представлены передовые инновации в области роботов с искусственным интеллектом, электромобилей и смарт-очков. Китайские компании, такие как Xreal и Rokid, представили усовершенствованные очки дополненной реальности, что свидетельствует о росте мирового рынка потребительской электроники, основанного на искусственном интеллекте.
В 2024 году Северная Америка с долей рынка более 33,13% доминировала на мировом рынке «умного» стекла. Это может быть связано с доступностью товаров с добавленной стоимостью, таких как многослойное стекло, а также с введением в регионе законов об энергосберегающем строительстве. Ожидается, что в региональной автомобильной промышленности вырастет спрос на «умное» стекло из-за растущей популярности электромобилей, оснащённых передовыми технологиями.
В период до 2034 года в Азиатско-Тихоокеанском регионе будет наблюдаться самый высокий среднегодовой темп роста — более 12,4% — благодаря исключительным перспективам развития транспортной отрасли в этом регионе. Растущий спрос на роскошные автомобили и увеличение располагаемого дохода способствуют росту регионального рынка. Кроме того, прогнозируется, что повышение осведомлённости об энергосбережении в этом регионе будет способствовать использованию энергоэффективных кондиционеров и окон.
Факторы развития мирового рынка умного стекла
Рост строительной отрасли, в которой «умное» стекло обычно используется в окнах, мансардных окнах, перегородках и дверях для создания адаптируемой среды освещения, ускорился из-за увеличения инвестиций в инфраструктуру и роста населения;
Растущее внимание к достижениям в развивающихся регионах благодаря инициативам «умных городов» является основным фактором, способствующим росту рынка «умных» стёкол;
Внедрение усовершенствованных стёкол на рынке бытовой электроники также повышает рыночный спрос;
Быстрый рост производственного сектора в странах с развивающейся экономикой является основным фактором, способствующим удешевлению производства.
Ключевая проблема — стоимость умного стекла является препятствием для внедрения
Общая стоимость «умного» стекла определяется с учётом цены самого стекла, затрат на установку, расходов на электроэнергию и функциональных аспектов, таких как задержка управления, разница в прозрачности и возможность затемнения. По сравнению с обычными стёклами эти расходы делают «умное» стекло значительно более дорогим. Из-за использования редких химических веществ и электрических систем утилизация отработанных стеклянных панелей также требует специальных методов обработки, что повышает общую стоимость. Вследствие этих ограничений производителям переключаемых стёкол сложно перечислить преимущества и привлекательную окупаемость инвестиций, которые получают клиенты при использовании переключаемых стёкол. Несмотря на преимущества смарт-окон, их высокая стоимость по-прежнему является основным препятствием для их более широкого распространения.
Патентный аспект
Хабр уже освещал тему, например в статье “Что не так с умными очками и есть ли у них будущее”.
Нас интересует патентный аспект.
На портале Google.Patents поиск по запросу smart glass показывает более 100 000 документов. Лидерами по количеству патентов указаны следующие компании:
LG Electronics Inc. — 16,2%;
Beijing Didi Infinity Technology And Development Co., Ltd. — 4,3%;
Origin Wireless, Inc. — 3,1%;
Bragi GmbH — 2,4%;
Как видно, лидерство держат южнокорейские, китайские и американские компании.
Распределение по международной патентной классификации следующее:
обработка цифровых данных с помощью электрических устройств G06F — 52,1%;
телефонная связь H04M — 23,6%;
сети беспроводной связи H04W — 21,3%;
передача изображений H04N — 15,7%;
оптические элементы, системы или приборы G02B — 15,6%;
системы обработки данныхG06Q — 15,2%;
передача цифровой информации H04L — 14,6%
Вас же не удивили высокие рейтинги изобретательства смарт-стёкол в секторах 1) обработки цифровых данных; 2) передачи изображений; 3) беспроводной связи; 4) передачи цифровой информации; 5) системы обработки данных?
Динамика патентования по годам представлена на рис. 1.
Рисунок 1: Динамика мирового патентования изобретений на тему «умное стекло» в 1995-2025 гг.
Видно, что патентование резко снизилось после 2022 г. Возможно, то связано с режимами коммерческой тайны и военно-технической секретности (как в конце 1930-х и в 1940-х резко упало количество научных статей и публичных патентов по урану, в частности в США).
А что в России со смарт-стеклом?
В базе ФИПС по запросу смарт стекло в рефератах на изобретения РФ на март 2025 числилось всего 5 патентов, из которых всего один действующий. Это №2682817 (2019) Несъёмная опалубка для монолитного бетона или железобетона из неорганического смарт стекла (варианты). Автор и патентообладатель Греш Кирилл Олегович (Тульская обл., г. Узловая). Часть стеклянной или ситалловой формообразующей оболочки выполнена из смарт стекла или смарт ситалла.
Патентов РФ на полезные модели 4, из которых действует также один, это №192518 (2019). Устройство для показа информации в вагоне метро. ООО «МетроМедиа» (Москва).
Баз данных нет.
Имеется одна программа для ЭВМ №2024682721 Определение физических параметров светопропускания Смарт-стекла. Оренбургский государственный университет. Применение автоматизированной системы определения физических параметров светопропускания смарт-стекла направлено на уменьшение степени дискомфорта и позволяет быстро адаптировать Смарт - стекло к условиям освещенности. Тип ЭВМ: IBM PC-совмест. ПК на базе процессора Intel Pentium IV и выше; ОС: Windows 7/8/10
В базе «Наука и инновации» всего 8 записей по НИОКТР.
Так, разработка лабораторного технологического регламента получения композитных электрохромных покрытий на основе берлинской лазури и полипиррола выполнена в 2015 г. в Институте проблем химической физики Российской академии наук. По результатам Натальей Талагаевой защищена в 2019 г. кандидатская диссертация.
ООО «Альфа» получило грант от Фонда содействия инновациям в 2016 г. на разработку технологии изготовления цветной электрооптической суспензии. Проект направлен на создание цветной электрически активной среды для производителей «умных окон» или «умной пленки». Задача решалась созданием цветной оболочки на стержнеобразной наночастице-носителе методом полиионной послойной адсорбции полиэлектролитов и красителя на поверхности частицы.
НИР «Создание и оценка работоспособности стекол с регулируемой прозрачностью» выполнил в 2020 г. Кубанский университет. Руководитель исследования доцент Левашов Андрей Сергеевич получил благодарность за доклад «Умное стекло с регулируемой прозрачностью и функцией смарт-жалюзи» на форуме «Вузпромэкспо-2020».
Заключение
Смарт — от английского «умное», хотя ума в стандартном понимании этого слова в рассматриваемом нами устройстве нет. Да и «стекло» часто не стекло в физико-химическом понимании; это может быть пластик, выглядящий как стекло. Правильнее было бы назвать «изменяемое стеклоподобное нечто», «стекло с регулируемой прозрачностью» или «управляемое стекло и стеклоподобные материалы».
Формально патентная ситуация в РФ со смарт-стеклом плачевная. Изобретательская активность почти нулевая. Академия наук малоактивна. Из вузов отметились РХТУ им. Д.И. Менделеева (Москва), Ульяновский, Кубанский, Оренбургский и Пензенский государственные университеты.
На портале госзакупок ЕИС «Закупки» нет ни одной записи про смарт-стекло (есть 7 ошибочных, например смартфоны с защитным стеклом; салфетка для смартфона + флэшка из металла и стекла).
Однако из-за неустоявшейся терминологии часть изобретений могла ускользнуть от нашего внимания. ГОСТов на тему смарт-стекла, стекла с управляемыми свойствами или стекла с регулируемой прозрачностью нет (есть ГОСТы на многослойные стёкла, стёкла с солнцезащитными, стёкла с полимерными покрытиями).
В России имеются сборочные производители умного стекла, в компаниях «Термо Глас», «Приват Гласс», Lumen Market, Nayada Glass Technology, «Симметрия», «Гелиос». Некоторые компании предлагают импортное смарт-стекло для строительно-архитектурных целей, например московское ООО «Фототех»; ООО «Смарт стекло» (Санкт-Петербург).
Российский центр гибкой электроники (Троицк) выпускает малыми сериями смарт-стёкла на гибкой полимерной подложке на импортном оборудовании (из Великобритании и Бельгии) с импортными расходными материалами (из Ю. Кореи, Китая и др.).