這幾年里，一股疾風(fēng)驟雨般的熱潮將物聯(lián)網(wǎng)推向白熱化狀態(tài)。唯恐落后一步，大型公司爭(zhēng)相搶購(gòu)為物品創(chuàng)建內(nèi)置傳感器的初創(chuàng)企業(yè)。在過(guò)去四年中，被收購(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)初創(chuàng)企業(yè)總值達(dá)到300億美元。
物聯(lián)網(wǎng)完全可以成為下一個(gè)熱門(mén)事件，但是，對(duì)傳感器的過(guò)度關(guān)注也許有失偏頗……
如果完全不需要傳感器即可幫助物品收集它們周圍的環(huán)境數(shù)據(jù)，會(huì)發(fā)生什么事?如果材料本身就是傳感器呢?
知覺(jué)材料可能聽(tīng)起來(lái)像科幻小說(shuō)里的東西，不過(guò)它正在迅速成為現(xiàn)實(shí)之物。業(yè)界正在開(kāi)發(fā)能夠感知溫度、壓力、沖擊和其他變量的新一代材料，它將完全取代對(duì)傳感器的需求。
這類材料不僅可以捕獲數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)到云端，而且還能對(duì)自身即時(shí)重新配置以對(duì)環(huán)境條件的變化做出反應(yīng)。這類材料已經(jīng)不能用智能來(lái)形容，也許“鮮活”一詞更恰如其分。它還能通過(guò)令人驚訝的手段改變物品的設(shè)計(jì)和使用方式。
超越同向性時(shí)代
我們是怎么講到這里的?設(shè)計(jì)和工程學(xué)一向關(guān)注同向性材料，即千篇一律和完全可測(cè)的代名詞。在同向性時(shí)代，你可以創(chuàng)建一個(gè)設(shè)計(jì)，然后選擇一種材料在設(shè)計(jì)中執(zhí)行既定功能。
不過(guò)，如果你讓材料來(lái)決定如何設(shè)計(jì)，而非相反，又會(huì)發(fā)生什么事呢?我們始終從實(shí)質(zhì)上看問(wèn)題。例如，有一顆種子，在環(huán)境適合時(shí)會(huì)生長(zhǎng)為參天大樹(shù)。
這是一個(gè)異向性材料的生動(dòng)案例，它們與同向性材料表現(xiàn)迥異，因?yàn)樾袨椴豢深A(yù)測(cè)，所以材料的性能可以根據(jù)所處環(huán)境量身定制。
歡迎來(lái)到異向性設(shè)計(jì)時(shí)代。
交通變革
想象一架飛機(jī)的蒙皮為保持最佳空氣動(dòng)力特性，能自我修復(fù)彎折和凹痕。在同向性時(shí)代這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)直是匪夷所思，但在異向性時(shí)代，一切皆有可能。
工作原理是如下：一個(gè)飛機(jī)組件(比如機(jī)翼)由涂裝了薄薄一層納米傳感器的復(fù)合材料制成，涂層起到“神經(jīng)系統(tǒng)”的作用，使組件“感知”外界事物，例如壓力、溫度等等。
當(dāng)機(jī)翼神經(jīng)系統(tǒng)探測(cè)到損傷，它會(huì)給納米晶體涂層內(nèi)部未固化材料的微球發(fā)出信號(hào)，命令微球在損傷區(qū)域釋放物質(zhì)進(jìn)行修補(bǔ)，這與在裂縫上涂抹粘合劑并使之固化的過(guò)程相差無(wú)幾。
空中客車公司在布里斯托爾大學(xué)的(英國(guó))國(guó)家復(fù)合材料中心正對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行重要攻關(guān)，令航空工業(yè)在智能材料重塑應(yīng)用方面更進(jìn)一步。
與此同時(shí)，汽車工業(yè)使用智能材料制造的汽車不僅可以探測(cè)損傷和自我修復(fù)，還能兼顧性能數(shù)據(jù)收集，并將其回饋到設(shè)計(jì)和工程工藝中。
開(kāi)路權(quán)杖(Hack Rod)項(xiàng)目——南加州一群志同道合的汽車發(fā)燒友組成的科技團(tuán)隊(duì)，一心要設(shè)計(jì)出史上第一臺(tái)使用人工智能的智慧材料汽車。
在另一個(gè)案例中，保羅·加梅羅——身為歐盟資助的HARKEN項(xiàng)目協(xié)調(diào)員，和葡萄牙車用紡織品提供商Borgstena公司的研發(fā)經(jīng)理，正在開(kāi)發(fā)智能紡織材料原型座椅和安全帶，這種材料中帶有內(nèi)置傳感器以探測(cè)駕駛者的心跳和呼吸頻率，以便在其打瞌睡之前發(fā)出預(yù)警信號(hào)。
維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施更為便利
除了交通范疇，建筑和民用工程領(lǐng)域更有大把機(jī)會(huì)對(duì)智能材料翹首以待，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方面將大放異彩。
世界上每時(shí)每刻都有數(shù)百條道路、橋梁和其他基礎(chǔ)設(shè)施因?yàn)槟p和自然環(huán)境的危害，正在逐步緩慢地瓦解中。多數(shù)時(shí)候，我們甚至不知道哪些設(shè)施最急需我們的關(guān)注。
但如果用“智能混凝土”建造這些設(shè)施又會(huì)如何?混凝土內(nèi)部的“神經(jīng)系統(tǒng)”會(huì)不時(shí)地檢測(cè)和評(píng)估設(shè)施狀態(tài)，并在損傷出現(xiàn)后立即開(kāi)始自我修復(fù)。
麻省理工學(xué)院目前正在進(jìn)行一個(gè)名為ZERO+的大型項(xiàng)目，旨在利用這些先進(jìn)的復(fù)合材料重塑建筑工業(yè)。
功能性織物
麻省理工學(xué)院的研究人員正在剛剛組建的美國(guó)先進(jìn)功能織物聯(lián)盟中廢寢忘食地工作。一切都是為了弄出新一代織物和纖維，能夠?qū)χ車h(huán)境進(jìn)行視、聽(tīng)、觸;交流溝通;存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)換能量;檢測(cè)健康;控制溫度;甚至改變顏色。
這不是好萊塢電影，而是現(xiàn)實(shí)發(fā)生之事
這類功能性織物意味著衣服將超越遮身蔽體的功用。它們可以是健康代理人，以無(wú)創(chuàng)性方式監(jiān)測(cè)體溫或分析汗液來(lái)驗(yàn)證各種元素的存在。它們可以是能從太陽(yáng)等外部資源獲取并保持住能量的便攜式電源。它們甚至可以幫助士兵以更為快速和高效的方式適應(yīng)不同的環(huán)境。
如果衣物不小心撕開(kāi)了口子怎么辦?織物內(nèi)的納米傳感器將自動(dòng)啟用自我修補(bǔ)程序?qū)⒖谧友a(bǔ)上——與機(jī)翼和智能混凝土的自我修復(fù)流程完全相同。
新型材料世界的生活
這不是好萊塢電影，而是現(xiàn)實(shí)發(fā)生之事。它清楚無(wú)疑地表明智能材料將很快在你我身邊如影隨形。
無(wú)論是飛機(jī)工業(yè)還是基礎(chǔ)設(shè)施，亦或是我們所穿的衣物，這類材料在改變我們周遭世界的過(guò)程中擔(dān)當(dāng)了日益重要的角色?；谛滦筒牧系闹破凡粌H能收集環(huán)境數(shù)據(jù)，而且還可根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)性能，它們?cè)谠O(shè)計(jì)領(lǐng)域已迫不及待地嶄露頭角。
智能材料的潛力已呈君覽，美好設(shè)計(jì)生活之匙無(wú)疑將用其打造。
