論智能材料科學與智能機電學

付永晟

摘要：隨著中國社會經濟不斷發展，我國的科學技術也有了很大程度的提升，因此有了更多的新興學科。其中智能材料科學和智能機電學正是隨著生物學在材料科學與機電科學的發展中形成的。因此本文正是通過對智能材料科學和智能機電學的思考，探究了兩者存在的內在關系，對兩個概念進行了進一步的研究，希望能通過自己的研究對未來智能材料科學和智能機電學貢獻一份力量。

關鍵詞：智能材料科學;智能機電學;智能機電系統模型;探究

在計算機技術不斷發展的前提下，計算機的用處也越來越廣闊。從最開始的被用于科學計算，到現在機床、大數據、人工智能等技術，計算機技術在我們生活中的應用越來越廣泛。在這樣的大時代背景下，只能材料科學和智能機電學得到了前所未有的飛速發展，也正是這些進步在推動者人類文明向新的方向走去。

1.促進機電工程學發展是促進材料科學發展的基礎

早在十八世紀英國的哈格里斯夫發明并改進了珍妮機，拉開了第一次工業革命的序幕，從那時候開始人類擁有了第一臺傳統意義上的機器。從十八世紀到二十世紀這段時間里，人類用到的機器都是需要人工控制的，人類的腦力并沒有得以釋放，在工作的過程中依然有許多限制條件[1]。在二十世紀中葉第一臺電子計算機誕生了，但只是被用來進行科學計算，隨著人類不斷研究，在一九五二年由美國人研究出了第一臺數控機床。在一九六二年美國人又研制出了工業機器人，一直到二十世紀七十年代隨著計算機技術的不斷完善，才將電子計算機技術應用到工業生產過程中。電子計算機技術與工業生產的結合一經問世就受到了眾多工廠的追捧，被廣泛應用于制作軍工業產品。在1971年日本人正式提出了機電一體化的概念。機電一體化指的是將信息的判斷、處理以及控制為一體，與工業生產技術相結合的技術，這其中不僅使得不同學科之間有了聯系，而且還促進了機電學的進步和發展。

這是智能機電學最初的對比圖，從圖1中我們可以了解到最核心的部位是在中間位置的控制區域，控制區域是和與其相連接的檢測結構進行合作從而完成控制作業。所以通過以上工作的原理我們可以了解到機電技術中是利用的傳感技術和微電子技術。在整個機電的工作過程中，始終是以計算機為工作的核心，通過與其他部分合作完成工作，那么高質量的功能材料也就決定了機電一體化技術是否可以高效工作。

正是在機電科學不斷進步的過程中，傳統的制作材料越來越不能滿足當下機電制造的要求，因此也就推動了材料學的研究和發展。在傳統的機電制造過程中采用的是金屬，而隨著機電的性能不斷改善，金屬不能完全達到當下的制造要求。比如像當下的神經系統網絡組織，如果僅僅依靠傳統金屬，很難將機電內部控制信號傳輸到機電工作部位，因此這也對新型材料的需求就越來越高，因此在當下的社會環境下正是機電學的發展推動了整個材料學的進步。現在的動力源有了更多的選擇，不光可以使用傳統的電力，還可以使用現在的綠色能源，這樣不僅可以減少企業生產成本，還可以相應國家號召，建設綠色生態文明，真正做到生態文明。

2.材料科學的發展是機電學發展的必要條件

當下工程學研究工作中，人類的主要任務就是通過機器的作用來代替原先的人力與腦力，從而減輕人類的工作量，提高當下工作的生產效率。所以在對機電工程進行分析的時候，最重要的就是要將人作為研究的最終目的，以此來對相關的學科進行研究。早在二十世紀九十年代初就有科學家提出了建立機電神經網絡，仿制人類的神經網絡提高機電一體化的自動化程度。隨著科學技術的不斷進步，當下也不斷將人工智能的技術添加到當下的智能機電學領域，像現在的無人駕駛技術、無人生產車間都是應用的這種技術，從而提高了企業的利潤空間，為企業現代化發展奠定了堅實的基礎。現在大部分企業生產車間中用到的都是機電模式，在機電工作過程中還是由計算機的逐級作為核心，但不同的是在主機工作的過程中還有與其并行的管理機運行，利用神經系統將兩者連接起來，這樣的模式可以增加系統工作的穩定性，減少系統不適應現象的產生[2]。

智能機電系統的發展離不開先進的材料作為基礎，只有有了高效率、適應性強的機電才可以促進機電行業的發展。人類在研究智能材料的過程中經歷了由宏觀到微觀，由低級到高級的歷程，在機器發展初始的十八世紀，機器的材料主要采用的是力學性能材料，像金屬這類的材料占據主體地位。但隨著科學技術的不斷進步，有越來越多性能好的材料被發明出來，所以在機器材料的選擇中有了更多的選擇，像陶瓷、晶體、冶金以及固體化學等，所以金屬材料的使用技術也越來越完善。陶瓷技術的發展其強大的彎曲能力和記憶能力是的軍用器械制造技術的發展成為了可能。在材料的原則中主要是注重材料的超導性、電性、磁性以及絕緣性等性能，只有有良好的以上條件才能被用來制作各種元器件。在技術的不斷進步和發展下，現在最具有發展前途的就是仿生材料。該材料可以被用來制造機電設備中的神經網絡系統和信號傳到材料。例如2017年瑞士聯邦理工學院（EPFL）的研究人員介紹了一種由明膠制成的可食用軟體機器人，該機器人是利用記憶性合金制成，隨著溫度的變化具有較強的伸縮能力，該發明促進了微機電系統和醫療器械的發展。[3]

隨著科學的發展，當下智能材料學正在進行質的轉變，不僅會促進中國工業的發展，還會對中國國防、航空甚至醫學產生巨大的影響，如果可以把握這一發展趨勢，必然會為中國長遠的發展奠定堅實的基礎。現在還有越來越多包括納米材料在內的材料在進行研究，我國清華的教授在二十世紀研究出了生物芯片，希望在以后的機電制造中有更多更優質的材料。

3.結束語

從上文中的分析可以了解到，智能材料科學與智能機電學的發展是相互結合的，智能材料的發展會有益于智能機電學的進步，而智能機電學的發展又可以促進智能材料科學的研發，所以二者是相輔相成的關系。隨著中國科學技術的崛起，現在在世界機電行業也有了一定的話語權，但是總體來說還與其他發達國家有著一定的差距，希望在各領域工作人員的共同努力下，促進中國智能機電行業的發展與創新。

參考文獻

[1]北京智能機電創新中心成立展現『小、快、精』[J].現代制造工程，2017，（3）：封2.