智慧材料

它們很快將應用於從電腦到混凝土橋樑的各種領域

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忘掉那些笨拙的舊磚瓦水泥吧:工程師們正在用奇異材料設計未來的裝置,這些材料融入了化學開關或機械感測器,以提高其效能。這些“智慧材料”才剛剛從實驗室中走出,但很快你就可以在從筆記型電腦到混凝土橋樑的各種事物中找到它們的身影。

在最近於聖地亞哥舉行的一次會議上,與會者得以一窺仍在建設中的智慧未來。物理學家、化學家、計算機科學家、土木工程師,甚至洗衣機制造商等各色人群聚集一堂,交流心得,並互相展示一系列以新穎方式伸展、扭曲、測量或響應的發明(只需快速瀏覽會議議程,就能清楚地看到這種多樣性)。與此同時,會議的主題演講者——最引人注目的是馬里蘭大學的詹姆斯·S·西爾基斯——就如何定義這個新的跨學科領域爭論不休。

權威人士總結說,統一該領域的共同目標是透過將感測器、處理器或執行器嵌入到更大的物體中來增強普通物體或創造非凡物體。然而,另一種解釋可能是,“智慧材料”這個包羅永珍的標籤為愛玩的工程師們提供了藉口,讓他們可以用聚合物、光纖和微處理器做一些很酷的事情。


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當然,聖地亞哥不乏創造力。智慧材料的應用涵蓋了廣泛的領域。凱斯西儲大學 Jeff M. Melzak 的團隊正在將矽壓力感測器嵌入到固特異輪胎中,以提高燃油經濟性並減少磨損。陸軍研究人員正在直升機旋翼葉片內部放置壓電晶體;這些晶體產生反饋響應,旨在減少駕駛艙內的振動和噪音。

伊利諾伊理工學院的 Philip R. Troyk 構建了無線感測器,其尺寸不大於一顆米粒大小的脆米球。植入患者肌肉後,這些裝置可以透過無線電將區域性神經活動的資訊傳遞到外部計算機。這些裝置還可以透過磁感應接收電力,併發出輕微的電擊,刺激肌肉活動。

在會議上展示的一些發明似乎具有相當大的前景。考慮一下

  • 先進的液晶顯示器可能很快就會提高任何使用筆記型電腦和手持電腦的人的生活質量。肯特州立大學的一個團隊正在推銷一種新型液晶技術;它應該會帶來平板彩色顯示面板,其解析度和成本都比目前最先進的 LCD 更好。智慧晶體顯示器還將消耗更少的電池電量,使行動式裝置更接近其實際意義。

  • 以可控方式膨脹和收縮的人造肌肉可以在機器人技術、醫療植入物,甚至虛擬現實中找到廣泛的應用。在智慧材料會議上,新墨西哥大學的研究人員展示了一種人造肌肉物質,它的強度是人類肌肉的兩倍,收縮速度幾乎一樣快。

  • 嵌入式感測器提供了一種監測承受大量磨損的結構健康狀況的方法——僅舉兩個例子,混凝土橋樑和破冰船螺旋槳。工程師們希望透過智慧結構來節省資金和生命,這些智慧結構可以在負載超過其承受能力時警告操作員。

這些專案看起來似乎彼此之間沒有什麼共同之處。但是,新的技術領域總是透過對其使命的混亂和困惑而出現的。智慧材料研究人員至少可以為他們領域的快速變化感到鼓舞;他們的工作可能只需要幾年而不是幾十年,就會開始產生有用的產品。

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