Удивительные материалы, которые научились... думать!

Сегодня в промышленности используется огромное количество композитных материалов, и это давно не новость. Но то, что композиционные материалы способны отвечать на внешние воздействия, – это уже очень интересный факт. В этой заметке речь пойдет про интеллектуальные материалы.


Напомню, что композит является материалом, который специально был создан для решения какой-то задачи и объединяет в себе выгодные свойства нескольких материалов, соединенных в одно «тело». Самый простой и понятный пример композитного материала – это железобетон. Металлические прутья образуют прочную гибкую матрицу и укрепляют бетон, а потому при незначительных деформациях изделие оказывается более прочным.
Впервые про материалы, которые способны думать, заговорили тогда когда появились композиты, упрочняемые волокнами. Волокна положительно влияли на свойства изделий из таких материалов. Но как таковой возможности думать у материалов не было. Так говорили только лишь из-за того, что матрица материала и его «набивка» (или основная часть материала) по разному отрабатывали нагрузку. Можно было предположить, что материал в этих случаях «думает сам».
Но по-настоящему умными композиты стали чуть позже. Появилось так называемое первое поколение интеллектуальных материалов. Такие материалы могли только сообщать пользователю, что произошло непоправимое. Например, начала расти трещина в поверхности фюзеляжа или покрышка на колесе износилась до предельно допустимого срока. Работал такой материал очень просто. Структуру он имел как обычный волокнистый композит, но помимо упрочняющей матрицы внутри него содержались ещё и «информационные» нити. Специальные датчики регулярно измеряли сопротивление или светопропускание таких нитей и благодаря этому могли обнаружить любой дефект.
Современное же поколение интеллектуальных материалов способно не только оповестить пользователя или систему о возникновении проблемы, но и запустить механизм противостояния возникшей проблеме. Например, активировать ремонтный состав, содержащийся внутри пор материала или создать колебания внутри материала, которые благодаря его распространению в противофазе погасят резонанс. Это возможно благодаря так называемым актюаторам внутри материала. Это микромеханизмы, которые умеют выполнять простейшие действия. Действия же выполняются благодаря интересным физическим эффектам. Например, если у нас рядом с информационными нитями внутри материала разместить нити из материала с памятью формы, то в случае необходимости такой материал по команде актюатора сможет деформироваться самостоятельно. И пусть пока интеллект такого материала находится на уровне «если t=20 градусов, то согнись», но это уже довольно большой для всего материаловедения. Подобным образом материал сможет ответить практически на любое воздействие. Тут можно использовать любые инновационные свойства современных композитов.
Таким образом, материалы, которые умеют думать или интеллектуальные материалы – это современные композиты, внутри которых находятся датчики самодиагностики и микромеханизмы для реагирования на изменение условия. Конечно же, поиграть в шахматы с таким материалом нельзя, но всё ещё впереди!
Сегодня подобные композиты используются в высокотехнологичных отраслях производства и военной промышленности.