За последние несколько лет появилось множество стартапов, которые предлагают потребителю датчики, позволяющие отслеживать состояние того или иного предмета. Но что, если сам материал, из которого изготовлена вещь, может быть датчиком? Сегодня мы поговорим о новом поколении «умных» материалов, способных самостоятельно реагировать на те или иные условия окружающей среды.
Умные материалы: будущее мировой промышленности

Раньше «умные» материалы были всего лишь атрибутом научной фантастики, но с развитием технологий они играют все более значимую роль в современном производстве. Новое поколение композитных материалов может реагировать на температурные, механические, барометрические и прочие воздействия, что полностью устраняет необходимость вживлять в них дополнительные датчики слежения. Более того: некоторые из них способны самостоятельно перестраиваться таким образом, чтобы свести на нет возможную угрозу повреждения.

Классические, «изотропные» материалы всегда одинаково реагируют на внешние условия, на чем и строились принципы базовой механики (к примеру, металл всегда одинаково реагирует на нагрев и охлаждение, из-за чего можно предсказать степень его твердости и расширения/сужения в тех или иных случаях). Анизотропные материалы, обладающие уникальными гибкими паттернами реакции на раздражители, позволяют совершать невозможные для своих предшественников операции. В качестве простого примера: крыло самолета, выполненное из композитных изотропных материалов, покрыто тонким слоем наносенсоров. Эти сенсоры играют роль нервной системы, которая в случае изменения условий внешней среды посылает сигнал на микросферы, наполненные пластичным материалом, которые высвобождают свое содержимое в указанной области и тем самым реставрируют поврежденную структуру постепенно затвердевающим веществом. Airbus уже проводит исследования в этой области на базе Университета Бристольского национального композитного центра в Англии.

Автомобильная промышленность тоже активно проводит разработку «умных» материалов, которые не только смогут самостоятельно устранять повреждения, но и собирать данные о каждом конкретном автомобиле, чтобы механики и инженеры получали наиболее точную статистику о том, как ведут себя машины в различных условиях и обстоятельствах. Проект Hard Rod за авторством энтузиастом из Южной Калифорнии поставил своей целью построить первый в мире автомобиль из композитных смартматериалов, спроектированный и оснащенный собственным ИИ.

Помимо транспорта, такие материалы пользуются спросом и в сфере строительства. Представьте себе бетонное или асфальтовое покрытие, которое может самостоятельно латать дыры и трещины (что весьма актуально для российских дорог). За разработку подобных проектов взялась команда из MIT, объединив их в общую программу под названием ZERO+.

Текстильная промышленность тоже не осталась в стороне: ткани «нового поколения» разрабатываются в недавно сформированном научном комплексе AFFOA с прицелом на то, чтобы одежда могла самостоятельно восстанавливать поврежденные участки и иметь возможность видеть, слышать и ощущать все, что происходит вокруг, а также хранить и преобразовывать энергию, следить за состоянием своего хозяина и многое, многое другое. Как бы фантастически это ни звучало, подобные разработки давно уже стали атрибутом современной промышленности и скоро начнут массово внедряться в повседневную жизнь.

Потенциал смартматериалов очень велик, поскольку буквально позволяет преобразить окружающий мир в лучшую сторону и избавить человека от множества бытовых проблем. Основные сложности заключаются в том, что подобное производство сейчас обходится весьма дорого, да и разработки в этом направлении были начаты относительно недавно, так что о каких-то конкретных промышленных результатах говорить еще рано. Тем не менее, это перспективная область развития почти любого производства, которая вскоре окажет существенное влияние на нашу с вами жизнь.