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日期:2024年10月13日    来源:网络

  早晨,太阳初升时窗帘就会自动拉开;当你迷糊转醒时按一下床头的按钮,灶上的牛奶开始自动加热,煮沸后鸣音示意并自动点开锅盖随着智能时代的到来,这些曾在科幻电影中出现的场景,正在一步步变为现实。

  智能时代的进步,离不开智能材料的研发和应用。智能材料指的是一种能感知外部刺激和内部状态变化,判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。上世纪80年代末90年代初智能材料的概念提出,历经了20多年的发展,随着硬件设备在各个领域的应用开发,各式各样的新型智能材料交叠更换。进入新世纪,以功能材料为基础的智能材料受到了世界科技强国的重视。智能材料发迹于航空航天领域,现已发展至服饰艺术、医疗器械、土木工程等各个领域。国家“人才”专家、南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室主任裘进浩认为,智能材料凭借着主动实现反应和自我修复以及能源转换的优势,将会在智能时代大放异彩。

  自然界具有生命力的生物很多,生物都可以收集外界信息传递到自身并做出反应。科技发展到今天,冰冷的材料也开始具有“生命”,这种材料可以根据信息的传递作出生物反应,这就是在传统材料基础上不断改进后出现的第四代材料智能材料。

  但目前大众对智能材料的认知存在着一定程度的误解,往往将智能材料局限在“材料”这一概念中。其实智能材料是一个系统性的产物,可以理解成为“结构+传感器+制动器+芯片”集成新型系统,形象说来,可以将智能材料比喻成为人的身体,那么传感器就是神经系统,结构是骨骼,驱动器相当于肌肉,而芯片则相当于大脑。传统上被称为智能材料的譬如压电材料、形状记忆合金等,其实只是具备功能转换、刺激响应的功能型材料,仅仅依靠材料实现主动处理信息的智能并非真正意义上的智能材料,这些传统材料在智能材料的系统中充当着传感器和作动器的作用,是智能材料系统中的传输部分。

  “与传统材料不同的是,智能材料是主动去实现功能的。”裘进浩举例说明,“智能材料首先要实现检测功能,即检测物体结构有无损坏,甚至可以自我修复;另外,与鸟相类似,变体飞行器具有根据飞行状态主动改变形状的功能。”这种“主动”使得智能材料被称为是产业发展的革命力量,这种革命性的解释,裘进浩认为是智能材料使智能在概念上实现了飞跃。“我们熟知的人工智能的概念是人工系统通过数据积累分析能够做出反应甚至产生思维,但现实上目前所谓的人工智能是无法达到这一程度的。而智能材料,能够将现阶段的人工智能拉向主动响应的阶段。”

  仿生是智能材料最初的设计起源,而今仿生机器人等概念大行其道,智能材料与3D打印结合,将会在智能时代大放异彩。未来前景虽然广阔,但目前作为智能材料大脑的芯片却是难以满足智能结构集成的要求。“现在我们使用的芯片还是最传统的,完全无法实现最初集成的设想。一个人的身体如果大脑不能处理神经传输来的信息,无法将处理的信息传输给肌肉,那么这个人其实就是瘫痪的。智能材料现在也是如此,用传统的芯片进行材料搭载,完全是分离式的结构,实现智能只是空中楼阁而已。”

  南方航空航天大学90年代初第一个开始智能材料的研究,至今已有20余年。但总体来看,航空航天市场中的智能材料还处于“临床试验”的阶段,部分样品已经使用在飞机或飞行器等实际结构测试之中。“经过20年的研究,其实智能材料已经具备相当技术水平。但是由于航空航天领域的高技术要求,所以试验阶段相对来说比较长。不过可以预见的是智能材料大规模投放航空航天市场将会在今后几年实现。”裘进浩认为,未来航空航天领域将会成为不输于土木的大市场。

  由于智能材料经历了长期的试验阶段,怎样理顺成果转换环节就显得尤为重要。“在转换环节,专业的大规模企业、市场下游应用企业、国企和研究院、高校应该是各司其职,做好长期规划。”裘进浩举例说明:“如果将一项技术的生长过程划分阶段的话,第一阶段应该是基础研究,在这一阶段中研究院、高校承担着最主要的责任;第二阶段是技术转换过程,本阶段专业的大规模企业、国家资本都应该参与进来;最后到了市场投放阶段时,需要应用领域的公司进行推广,例如航空航天领域技术投放市场,波音、空客等公司将会承担市场推广这部分工作。”但是目前我们国家技术成长过程中分工比较混乱,高校、研究所、企业杂糅到一起,无法形成顺畅的转换链条。

  针对目前现状,裘进浩建议短期内由小企业承担成果转换的责任。“因为智能材料属于高精尖领域,企业入驻门槛比较高、前期的投入很大,但是国内的企业比较看重眼前的利益,所以智能材料领域主要是以小微企业为主。在大企业缺乏的情况下,小企业是最优的选择。另外具有学术背景的小企业,既有技术基础,也有导向市场进行成果转换的动力,比较容易成为转换枢纽。”

  但是放眼长。


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