智能材料及其产业化应用前景_人工智能及其应用前景
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智能材料及其产业化应用前景
智能材料是一类能感知外部环境变化并通过改变自身材料性能而对变化做出响应的自适应系统。不同于以往的传统材料，它可以模仿生命系统，具有传感、处理和响应功能，它能根据环境条件的变化程度实现非线性响应已达到最佳适应效果。智能材料是继天然材料、合成高分子材料与人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术材料发展的一个重要方向，它将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料与结构材料间的界限逐渐消失，从而实现结构功能化、功能多样化。
中科院先进制造技术研究所智能材料实验立足研究和开发具有减振降噪，传感驱动等特性的新型智能材料和结构，并根据应用需求，将研究成果转化成产品。实验室将从智能流体，电/磁可控弹性体，减振降噪，制动传感等关键技术方面取得突破口，以新型材料特性的研究和实用型多功能阻尼器，传感器和制动器的开发为重点，切合先进技术制造所机器人和智能装备学科方向的发展，开发多种适用于市场需求的新一代智能器件。正在研发的磁敏材料是一种力学性能可由磁场控制的新型功能材料。由于其具有响应快、可逆性好、以及通过调节磁场大小可控制材料的力学性能连续变化等特点，因而近年来在建筑、汽车、振动控制等领域都得到了广泛应用。智能材料的应用主要在结构控制、振动减噪和驱动传感诸方面，产业化需求市场非常广泛。主要应用领域有：
汽车/交通：智能悬挂系统，刹车器，离合器； 桥梁/公路：智能桥墩支撑系统，健康监测； 机器人：柔性关节，人工肌肉，皮肤传感器； 传感器：压力传感器，触觉传感器；
噪声处理：高效低频隔振器件、隔振基础等各类隔振系统，控制室内噪声。典型服务案例：
1、车辆智能悬挂和防侧翻系统
问题：不同路况（振动）情况下汽车阻尼系统的响应及大货车的弯道翻滚
解决方案：利用磁流变液在磁场激励下的粘性可调特性，应对不同的路况，调节激励磁场的强度（即调节电流），改变阻尼系数，从而获得较好的响应，增强汽车的舒适度和安全性。同时使用电子传感器、电子控制电路和先进的可控车辆悬架部件的组合，开发合适的车辆稳定性控制系统。技术优势：可调范围大，控制简单。
市场前景：世界三大的汽车制造商一直在做大量的研究开发运动型多用途车（SUV）的侧翻防护系统。然而，目前已有的SUV翻车防护系统的组件无法适用于军事和商用卡车的用途。主要SUV使用防抱死制动系统（ABS）是利用液压制动力以防止翻车。大多数的军用车辆和大型货车利用空气制动无法支持这种类型的ABS功能。我们设计的防翻滚系统将不依赖于动力制动，利用磁流变（MR）流体智能减振器以及传感和控制系统，从根本上消除翻转。智能悬挂和防侧翻系统防在军用和民用大货车的应用上存在很可观的市场份额。大货车尤其是军用车辆造成大量受伤和死亡的翻车事故。据底特律新闻局报道美国每年货车和军车侧翻事故导致2.23亿美元的财产损失。主要原因是一些军用车辆在安全功能上更新往往落后于民用车辆５、６年。通常军用车辆和大型货车事故造成的财产损失数额巨大，由于其有较大的尺寸，有时有非常昂贵的货物。与其他形式的汽车碰撞相比，大货车的翻车事故往往更加致命，造成危害也更大。
因而，大货车侧翻防护系统具有可观的市场份额。中国每年卡车销售３５０万左右。如果以７000元的保守价格出售一辆卡车侧翻防护系统。在中国获取防侧翻系统市场的1％，可能会产生高达２４０多亿元的销售额。
2、智能桥墩支撑系统
问题：突发冲击载荷（台风，过载，爆炸等）下桥梁系统的响应
解决方案：在遇到突发冲击载荷时，通过施加一定强度的磁场，改变支撑系统的刚度和阻尼系数，增加其抗冲击的能力，迅速吸收冲击载荷的能量，为桥梁系统提供保护。并且根据磁流变弹性体的压阻特性，可以将其作为传感器使用，实时监控桥梁系统的健康状况。（注：衡水中铁建已对该项成果表达合作开发的意向）技术优势：自传感，自适应。
3、吸声降噪
问题：传统泡沫材料在被动吸声减振方面有着广泛的应用，但存在低频失效、吸振频域较窄等局限性，对振动频域的智能感知是实现广谱吸收的难点。
解决方案：多功能智能磁性泡沫聚合物的研发为解决这一问题提供了新的思路。智能磁性泡沫聚合物具有力学性能、物理结构可
调控性，通过微孔隙构造与宏观拓扑形态在磁场下发生耦合作用，实现对声波的宽频域主动控制。技术优势：可调控，吸声频谱宽
Controllable and Adaptable Lateral Support System The goal of this project was to develop a lateral support system(LLS)that is remotely operable, maintains launcher alignment, protects the launcher and payload from shock and vibration inputs while it is stowed within a miile tube environment, and is able to actively adjust to and react to dynamic shock and vibration events.An electromechanically actuated linear toggle mechanism with a magnetorheological grease(MRG)damper and elastomeric pad were utilized to provide self–aligning and controllable energy absorption capabilities.A Compreible Magneto-Rheological Fluid Spring-Damper Device The goal of this project was to develop a novel Compreible Magnetorheological(CMR)fluid springle strut for US Army tracked vehicles.The developed prototype is capable of providing a controllable vibration damping and liquid spring characteristics in one single device.The full-scale CMR strut and control system were succefully tested under operational and non-operational environmental conditions.Vertical Support Group Controllable Shock Absorber
The goal for this project was to develop a magnetorheological elastomer(MRE)based adaptable, flexible, and rapidly reconfigurable controllable shock absorber system to vertically support payloads within the same size and weight envelope on current and future submarines.An MRE-VSG controllable shock absorber and control system was developed to demonstrate component form, fit, and functionality with subscale prototype and system operability with various candidate payloads.US Patent 8,820,492 B1 was granted for this technology.
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