.1  仿生学和航空航天用智能材料

　　“个人航空器”取代汽车已不再是科幻小说或周六早上卡通片中的幻想，在NASA兰利中心的专家正在研制一种奇异的技术使得个人“空中汽车”的梦想更接近于现实。

　　自体愈合机翼可以象生命有机体一样可伸缩和有反应能力。多用途轰炸机，既可充当敏捷喷气战斗机，又可变成成群的微型无人驾驶航空器。

　　这项航空航天科技重大突破的核心技术是“智能”材料。这种物质具有神奇的特性，它可以根据指令弯曲、可以“感受”压力、当放入磁场中，还可以从液态变成固态。

　　研制这项新技术的兰利中心“形态工程”负责人说，“大多数人甚至还没有意识到此项技术的存在”。“形态工程”的任务是构想20年后划时代的航空航天设计是怎样的，并开始研制这项技术使其构想变成现实，例如，一架个人的空中汽车既要求它简洁，但同时可以在非常低和非常高的时速下飞行。她接着说，“我们认为要制造这样一种‘喷气式时代’交通工具，需要机翼构型能够进行根本的变化。在非常高速和非常低速的状态下可以使用的机翼，是完全不同的”。

　　现在有些飞机已经具有可调机翼，如挪威的F-14雄猫飞机和B-1超音速轰炸机。这些飞机将刚性的机翼通过巨大、沉重的曲轴安装在机身上。作为对比，形态工程的科学家们所设想的机翼可以根据指令而展开。这种机翼是使用“形态记忆”合金或其他新颖的材料制成，可以弯曲产生新的形状。“形态记忆”合金具有独特的性能，当提供足够的热量后，它可以很快的恢复原有形状，任何形状都可以最终恢复成它原有的状态。

　　在形态工程研究的新型材料中，形态记忆合金相对比较普通。观察一颗子弹穿过一层材料，材料被子弹穿射后便很快愈合了！记住，这不是科幻小说中的故事。自体愈合材料的确存在，兰利研究中心的科学家们正致力于揭开它们的密秘。

　　“我们在兰里研究中心的主要工作是解剖这种材料，回答‘它是如何是实现自体愈合的？’这样的问题。通过这些分析，我们开始着手于运用这些材料在分子级水平进行计算机建模。一旦我们在分子水平上了解了此种材料的性能，我们就创造设计‘智能’材料”。

　　兰利研究中心同时研究可定制变化的压电材料。这种物质随电压而变化，当扭曲这种压电材料时就会有电压产生，相反，如果对其提供电压则材料便会弯曲。科学家们利用这种特性，将其设计做应变传感器或“作动器”，安装在机器中作为可产生微小动作，例如移动飞机的副翼。结合微电子技术，这些材料可以从根本上提高未来飞机的设计水平。

　　如果展望未来的20年，我们认为飞机已经可以随时进行分布式的自我评估和维修。要想达到这样的技术水平，需要在机翼中分布安装作动器和传感器，这如同人体的工作，我们有遍布全身的肌肉和神经，所以我们能意识到身体发生的变化并通过一些途径对这些变化产生反应。

　　“形态工程”研究的一个方向是考察自然界中的生物是如何做它可以做好的事情，科学家们希望通过这项研究可以从中受到启迪以改善他们自己的设计。

　　生物可以做一些我们根本不能做的事情。鸟类远比现在飞机更加灵活机动，鸟类可以盘旋，可以向后和侧向飞行。昆虫可以上下，一圈接一圈的飞行，而人类根本无法接近这些水平。

　　“仿生学”这项从自然获取知识的实践，已经导致骨头仿生品和其它多种仿生品的研究。

　　骨头之所以轻，是因为它内部的多孔结构，但它也非常坚固。兰利研究中心的科学家将聚合微球体注入到所期望形状的复合材料的壳体中，然后对这些球体进行加热，这样，这些微球体就如同细小的肥皂泡一样溶合到一起。这样的结构与骨头一样。

　　“如果你拥有我上面所说的既轻又坚固的仿骨头的结构，再加上仿神经的传感器和一些柔性的作动器，你最终获得的将是一个相当轻便、坚固、能自我意识和自我作动的结构”

　　与现有飞机死板、沉重的结构比较，你便能理解“智能”材料的使用对于航空航天设计将带来多么生动的变化。

　　正如同其它基础科学研究一样，这些“智能”材料的使用将延伸到航空航天工业的其它领域。“我们与由NASA资助的两家商业公司有密切合作，而且此项技术将有数百万种的应用。”

　　2  智能传感器

　　传感器（Sensor），传统上一般指能够感知到某种物理量（如电、光、磁等）、化学量（如浓度、PH值等）、生物量（如细菌等）等的信息，并将该信息转化为有用信息的装置。通常由敏感元件（感应变化）、转换元件（将变化转化为有用信息）和其他辅助元件组成。

　　

　　随着智能材料和人工智能技术特别是微计算机技术的迅猛发展，在许多智能化要求比较高的高新技术应用领域提出了智能传感器（Intelligent Sensor or Smart Sensor）的要求。这是一种将传感器与微型计算机集成在一块芯片上的装置。它的主要特征是将敏感技术和信息处理技术相结合，使其除了具有感知的本能外，还具有认知的能力。一般认为，智能传感器应具备以下条件：

　　（1）由传感器自身能消除异常值和例外值，提供比传统传感器更全面、更真实的信息。

　　（2）具有信息处理功能，如自动补偿功能。

　　（3）具有信息存贮及自诊断功能。

　　（4）具有自适应和自调节功能。

　　（5）具有智能算法及自学习功能。

　　（6）可以有数字通信接口，能实现网络化或远程通信。

　　目前研制的智能材料传感器主要有光纤传感器、压电传感器和微芯片传感器等。

　　3  太阳能智能服装

　　据4月14日出版的英国《新科学家》杂志报道，德国斯图加特大学电子物理研究所的马丁·罗扬纳及其同事正在发明一种以太阳能为能源的新型化学纤维智能材料，可将手机和电子记事本直接在衣服上接通。

　　这种可与微电脑连接的高科技衣服现已研制出样品，也许很快就会正式上市。科技之光报道，这种新纤维和袖珍太阳能计算器一样，由3层薄薄的硅酮材料组成，外层是阴阳两极导体。当构成光线的光子与含有大量电子的第一层材料接触时，电子会向电子量稍少的下两层材料里移动，形成电流。

　　尽管这种科技三明治模式的材料早已为人所知，但科学家这次采用了一种新技术，将非晶体状硅酮以圆筒形式合成，从而能很容易地制成柔软的太阳能导线，并能织入任何质地的衣料。这种太阳能导线能抵卸紫外线，耐热，且可在洗衣机中洗涤。如果使用这种纤维做船帆，甚至足以给一艘帆船上的器械充电。

　　不过，在产品实用化之前，德国科学家还面临其他挑战，其中之一是如何把分散在衣料中的不同能量发射点的电流归成几个点区，形成接头处，以便与外界连接，变成真正的电插头。