大自然赋予的仿生材料：具有知觉的材料

近些年，韩国的一座桥梁在汽车经过时突然断裂，结果连人带车坠入滚滚的江流中，造成严重的人员伤亡，甚至还导致首尔的几名政府官员引咎辞职。这一起轰动世界的事故虽然和政府官员的疏于管理有关，但是，如果桥梁在刚刚出现裂纹还没有断裂之前能自己大喊“哎哟”向人们报警，提醒管理人员，则有可能避免这一起恶性灾难。或者，桥梁更“主动”一点，在出现裂纹后，自己能立即自动修补并加固如初，那也可能避免桥毁人亡的惨剧。也许有人会说，无生命的桥梁会自己喊“哎哟”，能自己修补裂缝，岂不像“天方夜谭”，纯属幻想么？

仿生材料制成的仿生纹台灯

现在，世界上差不多每年都要发生几起空难，飞机在天上飞着飞着，有时突然就“倒栽葱”掉了下来。调查结果，除极少数空难是恐怖分子的人为故意破坏外，大多数都是一些关键或要害部位的零部件发生故障和疲劳断裂造成的。于是有人想，要是飞机上的机翼和发动机零件刚一出现裂纹，这些零件能自己大喊“救命”，或许就能提前防范，避免人间惨剧的发生，这似乎也是幻想。无生命的东西怎么能自己报警呢？

其实，幻想是人们渴求解决生死存亡等急迫问题的一种强烈的心灵反映，它往往是“发明之母”，是激发人们创造灵感的催化剂。正是这种幻想，导致人们去研究所谓有“感觉”或“知觉”的智能材料。

智能材料，其实也可以叫仿生材料。包括我们人类在内的许多生物体，就是天生的智能材料。你一定有过这样的经历：当人的皮肤划破后就会流血，但只要伤口不大，过不了一会儿，流血就会自动止住；再过一段时间，皮肤也会长好，自动“修补”得天衣无缝；骨头折断后，只要对好骨缝，断骨就会自动长在一起。有生命的机体可以自己修补缺陷，无生命的材料能够自我修补裂缝吗？

科学家们认为，在科学技术已相当发达的今天，研究出这种材料已具备一定条件。因此，在进入20世纪90年代后，世界上有相当一批科学家，包括化学家、物理学家、材料学家、机器人专家、系统控制专家、计算机专家、海洋工程和航空航天及其他领域的专家已联合起来，组成了一个研究团体，致力于智能材料的研究。

由于智能材料要能够对环境条件和自我状态的变化做出反应和预警，甚至进行自我诊断和“治疗”，因此它是一种比一般复合材料更复杂的综合系统和结构，它常常是把高技术传感器、敏感元件、传统结构材料、功能材料结合在一起，赋予材料崭新的性能，使无生命的材料变得有“感觉”和“知觉”。(www.xing528.com)

有一种能预警和自动加固的机翼。飞机能飞，主要靠发动机和机翼，如果机翼断裂，就像飞鸟折断了翅膀。因此，在飞行中使机翼自己能“感觉”到将要发生故障，提前向飞行员发出警报并自行加固或修复是防止空难的关键。科学家们现在已着手研究这个问题并已找到很有希望的方法。

方法之一是在高性能的机翼材料中事先嵌入细小的光纤，由于机翼中布满了纵横交错的光纤，它们就能像“神经”那样感受到机翼上受到的不同压力，因为通过测量光纤传输光线时的变化，可以测出飞机机翼承受的不同压力，在受力极端严重的情况下，有些光纤就会断裂，光线传输就会中断，于是就能发出即将出现事故的警告，这就相当于向飞行员喊“哎哟”和“救命”。加拿大多伦多大学光纤智能结构实验室正在研究这种具有自己的“神经系统”的机翼。

能自动加固的机翼

但仅能发现问题和发出报警的材料还不能算高级的智能材料。只有在遇险时自己解决问题的材料才是最理想的。美国密歇根州立大学的穆凯席·甘迪教授领导的一个科研小组就在研究一种能自动加固的直升机水平旋翼叶片，当叶片在飞行中遇到疾风作用而猛烈振动时，叶片为防止过载受损会自动加固。原来，在这种叶片中，事先嵌进了均匀分布的极微小的液滴压电材料，这种压电材料在一定电压条件下能从液体状态变为固体状态而使叶片自动加固，抗御疾风引起的过载破坏。

为了使飞机飞行平稳，美国弗吉尼亚理工学院和州立大学的智能材料研究中心在研究一种能减弱振动的飞机座舱壁纸。他们的设想是在座舱墙壁上装一种薄纸一样的压电材料装置，使墙壁振动的方式正好抵消飞机噪音的振动。如果这种“智能墙纸”研究成功，其用途就可以扩大到民用住宅中。比如，当住宅中的洗衣机等机器发生的噪音令人心烦时，智能墙纸可以使这种噪音减弱。