"Умные" материалы

Версия для печатиВерсия для печати

Представим себе материал, который меняет все свои физические характеристики в зависимости от внешних условий, в которых он находится. Добавим сюда возможность программируемого управления поведением такого материала. Фантастика? Вовсе нет - исключительно перспективное исследовательское поле, обобщенно подводимое под рубрику "умный материал" (smart matter).

Основная идея очень простая: объединить в одну распределенную сеть сенсоры, актуаторы и компьютеры. В принципе, это уже становится возможным в результате развития технологии MEMS (микроэлектромеханических систем), которую разрабатывают многие лаборатории. MEMS позволяет создавать большое количество интегрированных сенсоров, актуаторов, компьютеров и коммуникационных систем, которые могут быть встроены в другие продукты и даже размещены в окружающей среде. Ученые рассматривают MEMS-технологию как одну из наиболее революционных технологий XXI века, поскольку она позволяет встроить вычислительные процессы в саму физическую структуру вещества. Главная цель исследований так обычно и характеризуется: объединить компьютинг с физикой.

Работы по созданию "умных материалов" имеют очевидный междисциплинарный характер и объединяют усилия специалистов в таких областях, как распределенные вычисления, активное управление, робототехника, производство программного обеспечения, беспроводные каналы связи, низковольтная электроника и, собственно, MEMS. Поэтому не случайно, что в реализации проекта создания "умных материалов", например, в Palo Alto Research Center (PARC) компании Xerox (www.parc.xerox.com/theme-sm.html) задействованы почти все лаборатории (Electronic Materials Lab, Systems and Practices Lab, Document Hardware Lab и др.). Одна из интересных задач, которую решают специалисты из PARC, - это применение "умных материалов" для создания абсолютно новых технологий печати и сканирования.

В настоящее время микроустройства вгравировываются в кремний или иной материал-носитель с использованием обычной техники фотолитографии. Ключевой момент - это проектирование управляющих механизмов. Когда число встроенных в материю устройств достаточно велико, то мультиагентные системы могут обеспечить надежное распределенное управление системой. При проектировании используются аналогии с биологическими экосистемами, экономическими рынками и даже с поведением научного сообщества. Недаром эти социальные предметы включены в список перспективных проектов лаборатории компании Hewlett-Packard наряду с исследованиями по "умным материалам" (ginger.hpl.hp.com/shl/projects/smartMatter).

Превращение динамического поведения вещества в программируемое, т.е. создание "умных материалов", открывает путь к созданию абсолютно нового поколения механизмов, продуктов и процессов, в которых части целого активно адаптируются к изменяющимся условиям, достигая своих целей посредством интеллектуального регулирования своего динамического поведения.

Сейчас исследования по "умным материалам" ведутся столь широким фронтом, что возникла необходимость в издании специального журнала по этой теме - Smart Materials and Structures (www.iop.org/EJ/S/UNREG/journal/0964-1726).

В разрабатываемых в настоящее время "умных материалах" и микроэлектромеханических машинах сенсоры, актуаторы и компьютеры действуют как чисто классические объекты. Однако очевидно, что дальнейшая миниатюризация этих устройств приведет к тому порогу, когда квантовыми эффектами уже нельзя будет пренебрегать. А это, в свою очередь, открывает новое перспективное поле исследований под общей рубрикой "квантовые умные материалы". Суть нового подхода заключается в том, что классические микрокомпьютеры должны быть замещены квантовыми. Исследованию тех новых возможностей, которые открывает квантовый компьютинг для технологии "умных материалов" посвящено пионерское исследование 1996 года Тэда Хогга и Джеффри Дж. Чейза из Xerox Palo Alto Research Center под названием Quantum Smart Matter. Другое дело, что сам квантовый компьютинг пока весьма проблематичен.

Но до поры до времени все новое всегда проблематично. Это касается и "умных материалов".

Сергей САНЬКО

Номер: 

07 за 2002 год

Рубрика: 

Новые технологии
Заметили ошибку? Выделите ее мышкой и нажмите Ctrl+Enter!