"Ухаалаг нэхмэл" гэсэн нэр томъёо нь илүү өргөн хүрээтэй, тодорхой бус ойлголт юм. Ухаалаг нэхмэл эдлэлийг анх 1979 онд Японд санал болгосон бөгөөд 1990-ээд оны сүүлээр түүний үзэл баримтлалыг ерөнхийд нь хүлээн зөвшөөрсөн. Одоогийн байдлаар ухаалаг нэхмэл эдлэл гэдэг нь ихэвчлэн нэхмэл эдлэл, электроник, мэдээлэл, биологи, анагаах ухаан, шинэ эрчим хүч зэрэг олон талт технологиор дамжуулан хүний ​​бие эсвэл хүрээлэн буй орчны дохионы өөрчлөлтийг мэдэрч, санал хүсэлтийн механизмаар идэвхтэй хариу үйлдэл үзүүлэх чадвартай шинэ төрлийн нэхмэл эдлэлийг хэлдэг. уламжлалт нэхмэлийн төрөлхийн хэв маяг, техникийн шинж чанарыг хадгалахын зэрэгцээ.

Ухаалаг нэхмэл эдлэлийг ангилах олон арга байдаг боловч нэгдмэл ангиллын арга байхгүй, зөвхөн өнгөц ангилдаг. Ерөнхийдөө ухаалаг нэхмэл эдлэлийг гадны өдөөлтөд үзүүлэх хариу урвалын дагуу "идэвхгүй" ухаалаг нэхмэл ба "идэвхтэй" ухаалаг нэхмэл гэж хувааж болно. Эхнийх нь хэлбэр санах ойн материал, гидрофобик эсвэл гидрофиль нэхмэл эдлэл гэх мэт хүрээлэн буй орчны нөлөөлөлд өртсөний дараа шинж чанараа өөрчилж чаддаг нэхмэл эдлэлийг хэлдэг. Сүүлийнх нь дотоод параметрүүдийг мэдээлэл болгон хувиргадаг мэдрэгч ба идэвхжүүлэгчээр тоноглогдсон нэхмэл эдлэлийг хэлнэ. Энэ нь температур, гэрлийн эрч хүч, бохирдол зэрэг хүрээлэн буй орчноос ирж буй янз бүрийн дохиог мэдэрч, гадаад дохиололд хэрхэн хариу үйлдэл үзүүлэхээ шийдэж, эцэст нь даавуунд суурилсан, уян хатан, жижигрүүлсэн тохируулагчийг ашиглан хүрээлэн буй орчны дохиололд хариу үйлдэл үзүүлэх чадвартай. Суулгасан электрон төхөөрөмж (цахим нэхмэл эдлэл) болон ухаалаг нэхмэлийн бүтэц нь орон нутгийн "шийдвэр" гаргаж, ухаалаг нэхмэл эдлэлийг мэдээллийн сан, сервер агуулсан үүлтэй утасгүй холбож хиймэл оюун ухааны программ хангамж ашиглан алсаас "шийдвэр" гаргах боломжтой.

Ухаалаг нэхмэл эдлэл нь эрүүл мэндийн хяналт, хувийн хамгаалалт, цэргийн хэрэглээ, тээврийн эрчим хүч, зугаа цэнгэл, хөгжим зэрэг салбарыг хамарсан бидний өдөр тутмын амьдралд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Ухаалаг материал

Холболт ба тодорхойлолт

Сүүлийн жилүүдэд мэдээлэл, материал, инженерийн технологи хөгжихийн хэрээр эрдэмтэд, инженерүүд байгаль, биологийн хувьслын талаар суралцаж, эргэцүүлэн бодох урам зоригтой болж байна. Амьд организм янз бүрийн биологийн материалаас бүтдэгтэй адил ухаалаг системүүд нь органик нэгдэл эсвэл интеграцчлалаас бүрддэг. материалын. Шинжлэх ухааны практик нь биологийн бус материалд "ухаалаг" шинж чанарыг шахах боломжтой гэдгийг харуулсан. Мэдрэгч шинж чанартай төрөл бүрийн материалаар дамжуулан бүх төрлийн мэдээллийг (хүч, дуу чимээ, дулаан, гэрэл, цахилгаан, соронзон, химийн мэдээлэл гэх мэт) солилцож, дамжуулж болно.

Соронзон чангалагч материал, пьезоэлектрик материал, хэлбэрийн санах ойн материал гэх мэт зарим ухаалаг материалууд нь мэдрэхүйн болон гүйцэтгэх үүрэг гүйцэтгэдэг. Эдгээр материалыг байгаль орчны өөрчлөлтөд дасан зохицож чаддаг ухаалаг материал гэж нэрлэдэг. Гэхдээ материал нь өөрөө мэдээлэл боловсруулах, эргэх холбоогүй, хүрээлэн буй орчинд дасан зохицох чадваргүй байдаг. Ухаалаг материалыг ухаалаг материалын "доод түвшин" ба ухаалаг материалыг хөгжүүлэх "анхдагч шат" гэж ерөнхийд нь үздэг. Ухаалаг материалыг зөвхөн хяналтын функцтэй хослуулсан тохиолдолд ухаалаг материал гэж нэрлэж болно.

Ухаалаг материалыг барихад зориулсан бүрэлдэхүүн хэсэг

Ухаалаг материалын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг мэдрэгч, мэдээллийн материал, гүйцэтгэх материал, дасан зохицох материал (бионик материал), хоёр туслах материал болох эрчим хүчний материал (системийг ажиллуулахад шаардагдах хүчийг хадгалахад ашигладаг) болон бүтцийн материал () гэж хувааж болно. үндсэн материал буюу функциональ материалыг дэмжих бүрэлдэхүүн хэсэг). Хэд хэдэн нийтлэг үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь дүрсний санах ойн материал, оптик утас, соронзон соронзон материал, цахилгаан реологийн шингэн, соронзлогийн шингэн, пьезоэлектрик материал, ухаалаг полимер материал юм.

Ерөнхийдөө идэвхжүүлэгч рүү хүч оруулсны дараа л идэвхжүүлэгчийг эхлүүлж болно. Одоогийн байдлаар хэрэгжүүлэх материал нь өөр өөр мэдээллийн өдөөлт дор гаралтын хүч эсвэл нүүлгэн шилжүүлэлтээр хязгаарлагдахгүй, түүний гаралтын функцийг дижитал дэлгэцийн хадгалалт, өнгөний өөрчлөлт, давтамжийн өөрчлөлт, асаах, унтраах гэх мэтээр өргөтгөсөн. Ийм материал нь өргөн хэрэглээг олсон. электрон технологи.

Ухаалаг материалын нийтлэг үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд

1. Санах ойн материалыг дүрслэх

Хэлбэрийн санах ойн материалд хэлбэрийн санах ойн хайлш, санах ойн керамик ба хэлбэрийн санах ойн полимер (хэлбэрийн санах ойн утас, хэлбэрийн санах ойн полимер гель орно) орно. Тэд тодорхой температурт халуун уян хатан (эсвэл стрессээр өдөөгдсөн) мартенсит хувиргалт эсвэл шилжилтийн хувиралд ордог, тодорхой хэлбэр, уян хатан модуль, эсэргүүцэл, дотоод үрэлт болон бусад чухал өөрчлөлтүүдийг санаж чаддаг. Жишээлбэл, NiTi хэлбэрийн санах ойн утас нь янз бүрийн хувилбаруудад ашиглагдаж болно.

Ухаалаг хөшиг: никель-титан шилэн нэхмэл хөшигний даавууг сонгох гэх мэт температур 50 ℃ хүрэхэд даавуу нь нарны гэрлийг автоматаар хаадаг.

Хувцасны загвар: никель-титан эслэгийг хувцасны загварт нэгтгэх гэх мэт шинэлэг гоо зүйн эффект, тав тухтай туршлагыг бий болгох. Гадаа дулаарах үед банзалны нэг талын энгэр автоматаар муруйж, цэцэг хэдхэн секундын дотор автоматаар хаагдах болно.

Аюулгүй байдлын хамгаалалт: хэрэв агаарын халаасны модулийг бүтцийн загвараар хамгаалалтын хувцас руу оруулбал агаарын халаасны талбай бага температурт өөрчлөгдөхгүй; Температур нэмэгдэхийн хэрээр агаарын халаасны талбай нэмэгддэг. Ийм костюм нь гал сөнөөгчдийг хамгаалах, гал түймэрт түлэгдэх эрсдлийг бууруулахад ашиглаж болно.

Чийг шингээх чадвар: Mitsubishi нь хэлбэр санах ойтой шинэ полиуретан материал болох Diaplex®-ийг бүтээжээ. Энэхүү хальс нь усны өндөр эсэргүүцэлтэй, температурын өөрчлөлт, чийг шингээх чадвартай молекулуудын микробраун хөдөлгөөнтэй цувны даавуугаар бүрсэн байна.

2. Оптик утас

Оптик шилэн нь хоёр диэлектрик гадаргуу дээрх гэрлийг бүхэлд нь тусгах зарчмаар хийгдсэн фото дамжуулагч элемент юм. Гэрлийн дамжуулалтын шинж чанарыг (гэрлийн эрч хүч, тэнцүү) шинжлэх замаар шилэн хүч, температур, шилжилт, даралт, нягт, соронзон орон, найрлага, рентген туяа гэх мэт параметрүүдийн өөрчлөлтийг авч үзэх боломжтой бөгөөд ингэснээр өргөн хэрэглэгддэг. Ухаалаг материал дахь мэдрэхүйн элемент буюу "нейрон"-ын хувьд хариу үйлдэл үзүүлэх чадвартай, хөндлөнгийн нөлөөллийн эсрэг хүчтэй, эрчим хүч бага зарцуулдаг.

Оптик шилэн мэдрэгч системийг биоанагаах ухааны оношлогоо, хүнсний технологи, цэргийн болон үйлдвэрлэлийн хэрэглээ, барилгын инженерчлэлд өргөнөөр хөгжүүлсэн. Жишээлбэл, геонэхмэл материалд суурилуулсан ухаалаг шилэн кабелийн мэдрэгч нь хурдны замын гүүрийг хянаж, иргэний дэд бүтцийн эвдрэл, дутуу эвдрэлийг цаг тухайд нь илрүүлэхийн тулд засвар үйлчилгээний байгууллагуудад мэдээлэл илгээх боломжтой.

Зургийн кредит: Массачусетсийн их сургууль, Лоуэлл

3. Пьезоэлектрик материал

Пьезоэлектрик материалд пьезоэлектрик керамик (BaTiO3, Pb (ZrTi) O3, K (Na) NbO3, PbNb2O3 гэх мэт) болон пьезоэлектрик полимер орно. Пьезоэлектрик материалууд нь цахилгаан орон дахь цахилгаан дипольуудын өөрөө гүйдлийн зохион байгуулалтаар материалын хэмжээг өөрчилдөг ба хэрэглэсэн хүчдэлийн хариуд стресс эсвэл ачаалал үүсгэдэг. Цахилгаан ба механик шинж чанаруудын хоорондын хамаарал нь шугаман бөгөөд хурдан хариу үйлдэл хийх, өндөр давтамжтай, бага ачаалалтай шинж чанартай байдаг. Даралтаар өдөөгдсөн үед материал нь цахилгаан дохио үүсгэдэг бөгөөд үүнийг мэдрэгч болгон ашиглаж болно. Пьезоэлектрик материал нь болор болон керамик байж болох ч хоёулаа хэврэг байдаг.

Полимер пьезоэлектрик материалын механик хүч чадал, стрессийн өөрчлөлтөд мэдрэмтгий чанар нь бусад олон мэдрэгчээс давуу бөгөөд ухаалаг бүтэц, төхөөрөмжид мэдрэгч, идэвхжүүлэгч болгон ашиглахад маш тохиромжтой. Хүний хөхөнцөр, вакцин, денге халууралт, эбола, томуугийн А, хүний ​​дархлал хомсдол, элэгний В вирусыг илрүүлэхэд ашиглаж болно.

(a) Пьезоэлектрик биосенсорын ажиллах зарчим; (б) Илрүүлэх үеийн хүчдэл ба цаг хугацааны хамаарал; (в) Илрүүлэх үеийн далайц ба давтамжийн хоорондын хамаарал.

Пьезоэлектрик материал ашиглан вирус илрүүлэх үндсэн ойлголтууд