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[实施案例] 材料也可以“智能”

近几年,“智能”的概念得到了空前的关注。从前段时间刚由 Alpha go引发的人工智能热潮,到目前收到高度关注、但还欠缺火候的智能出行、智能家居、智能医疗等,短短几年内,“智能”已经不仅仅是一个新鲜的概念,而逐渐被运用到行业的实际需求中。

  对于产品,材料的重要性不言而喻。是否材料也可以是智能的,它们又如何表现其智能的特征呢? IDC的Hugo Couto总结了材料的几种“智能”体现,在与大家分享。
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2018-1-19 15:38

  狭义的智能材料是一种能感知外部刺激,能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。刺激来源可以是多种多样:温度、光线、化学物质、电、磁及机械机构均可促使智能材料对其作出反馈。

  1 基于温度变化的形态记忆材料

  镍钛合金是使用最为广泛的一种合金形态记忆材料,由于它们可基于身体温度进行变形,也被运用于医学领域,如:微创腔内隔绝术医疗应用、在骨科手术中截骨的固定装置、牙齿矫正施加恒牙移动等。

  其原理是其内部结构由于初次的高温加热而成为奥氏体结构,随后只要被再次置于高温环境中,内部结构就会由常温下的马氏体变回奥氏体,从而变回第一次高温加热时的形态。我们所熟悉的弹性眼镜架,正是一种类似原理的超弹性材料。

  同特点的智能聚合物范围则更为广泛,从状态稳定到可生物降解的类型,从不同软硬程度,到不同程度弹性等,制作成微型机器人,它们可以是诸多临床问题的新解决方案。
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  2 自我“愈合”型材料

  以人体温度进行自我修复的超分子聚合物材料对人体无毒,由于其十分强韧的特点,它们用于制作人造皮肤和自愈型创可贴。在柔和的温度中受到损伤,其内部结构可逐渐回复到未损伤状态,从而实现逐渐自我修复。
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2018-1-19 15:38

  3 电磁反应聚合物

  “它们可以作为人工肌肉使用,通过电刺激,可以移动或改变形状,因此,能对体内的刺激如电磁或体温变化进行反馈。”来自西英格兰大学的研究人员,Peter Walters如是说,“我们的一个项目使用了这样的智能材料,通过电流刺激它们能够朝不同方向弯曲。将材料制作成机器人触手,在触手边缘固定照相机,可使它们到达一些难以触及的地方进行探测;固定上触感传感器,可用来感知环境;或者将多个触手结合当做抓手使用。”而3D打印在将这种材料制作成所需的复杂形态上助力不少,Peter表示。
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2018-1-19 15:38

  当然,还有更广义的“智能材料”,他们可谓是基于智能材料的特性进行的运用拓展。

  The Applied Computational Electromagnetics Society 首席调查专家Marc向介绍了新的“4D打印”概念也来自于智能材料。它以3D打印运用智能材料实现的物件,通过添加如温度等刺激物,不断进行形态变化实现丰富功能需求。

  MIT Self-assembly Lab的基于智能材料实现的可自我装配也是“4D打印”的一种,它甚至不需要借助任何设备,直接通过材料特性实现“自我装配”,技术一旦成熟,将给装配领域带来变革。
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2018-1-19 15:38

  对于“智能”材料的探索在全球还在不断深入,让我们拭目以待,看看未来“智能”材料能够给我们带来怎样“智能”的未来。

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