論智能材料科學(xué)與智能機(jī)電學(xué)

付永晟

摘要：隨著中國社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，我國的科學(xué)技術(shù)也有了很大程度的提升，因此有了更多的新興學(xué)科。其中智能材料科學(xué)和智能機(jī)電學(xué)正是隨著生物學(xué)在材料科學(xué)與機(jī)電科學(xué)的發(fā)展中形成的。因此本文正是通過對智能材料科學(xué)和智能機(jī)電學(xué)的思考，探究了兩者存在的內(nèi)在關(guān)系，對兩個概念進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，希望能通過自己的研究對未來智能材料科學(xué)和智能機(jī)電學(xué)貢獻(xiàn)一份力量。

關(guān)鍵詞：智能材料科學(xué);智能機(jī)電學(xué);智能機(jī)電系統(tǒng)模型;探究

在計算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，計算機(jī)的用處也越來越廣闊。從最開始的被用于科學(xué)計算，到現(xiàn)在機(jī)床、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)在我們生活中的應(yīng)用越來越廣泛。在這樣的大時代背景下，只能材料科學(xué)和智能機(jī)電學(xué)得到了前所未有的飛速發(fā)展，也正是這些進(jìn)步在推動者人類文明向新的方向走去。

1.促進(jìn)機(jī)電工程學(xué)發(fā)展是促進(jìn)材料科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)

早在十八世紀(jì)英國的哈格里斯夫發(fā)明并改進(jìn)了珍妮機(jī)，拉開了第一次工業(yè)革命的序幕，從那時候開始人類擁有了第一臺傳統(tǒng)意義上的機(jī)器。從十八世紀(jì)到二十世紀(jì)這段時間里，人類用到的機(jī)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(jì)中葉第一臺電子計算機(jī)誕生了，但只是被用來進(jìn)行科學(xué)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(shù)控機(jī)床。在一九六二年美國人又研制出了工業(yè)機(jī)器人，一直到二十世紀(jì)七十年代隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷完善，才將電子計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)過程中。電子計算機(jī)技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的結(jié)合一經(jīng)問世就受到了眾多工廠的追捧，被廣泛應(yīng)用于制作軍工業(yè)產(chǎn)品。在1971年日本人正式提出了機(jī)電一體化的概念。機(jī)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(yè)生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)，這其中不僅使得不同學(xué)科之間有了聯(lián)系，而且還促進(jìn)了機(jī)電學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展。

這是智能機(jī)電學(xué)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(qū)域，控制區(qū)域是和與其相連接的檢測結(jié)構(gòu)進(jìn)行合作從而完成控制作業(yè)。所以通過以上工作的原理我們可以了解到機(jī)電技術(shù)中是利用的傳感技術(shù)和微電子技術(shù)。在整個機(jī)電的工作過程中，始終是以計算機(jī)為工作的核心，通過與其他部分合作完成工作，那么高質(zhì)量的功能材料也就決定了機(jī)電一體化技術(shù)是否可以高效工作。

正是在機(jī)電科學(xué)不斷進(jìn)步的過程中，傳統(tǒng)的制作材料越來越不能滿足當(dāng)下機(jī)電制造的要求，因此也就推動了材料學(xué)的研究和發(fā)展。在傳統(tǒng)的機(jī)電制造過程中采用的是金屬，而隨著機(jī)電的性能不斷改善，金屬不能完全達(dá)到當(dāng)下的制造要求。比如像當(dāng)下的神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組織，如果僅僅依靠傳統(tǒng)金屬，很難將機(jī)電內(nèi)部控制信號傳輸?shù)綑C(jī)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(dāng)下的社會環(huán)境下正是機(jī)電學(xué)的發(fā)展推動了整個材料學(xué)的進(jìn)步?，F(xiàn)在的動力源有了更多的選擇，不光可以使用傳統(tǒng)的電力，還可以使用現(xiàn)在的綠色能源，這樣不僅可以減少企業(yè)生產(chǎn)成本，還可以相應(yīng)國家號召，建設(shè)綠色生態(tài)文明，真正做到生態(tài)文明。

2.材料科學(xué)的發(fā)展是機(jī)電學(xué)發(fā)展的必要條件

當(dāng)下工程學(xué)研究工作中，人類的主要任務(wù)就是通過機(jī)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(dāng)下工作的生產(chǎn)效率。所以在對機(jī)電工程進(jìn)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(guān)的學(xué)科進(jìn)行研究。早在二十世紀(jì)九十年代初就有科學(xué)家提出了建立機(jī)電神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，仿制人類的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提高機(jī)電一體化的自動化程度。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，當(dāng)下也不斷將人工智能的技術(shù)添加到當(dāng)下的智能機(jī)電學(xué)領(lǐng)域，像現(xiàn)在的無人駕駛技術(shù)、無人生產(chǎn)車間都是應(yīng)用的這種技術(shù)，從而提高了企業(yè)的利潤空間，為企業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在大部分企業(yè)生產(chǎn)車間中用到的都是機(jī)電模式，在機(jī)電工作過程中還是由計算機(jī)的逐級作為核心，但不同的是在主機(jī)工作的過程中還有與其并行的管理機(jī)運(yùn)行，利用神經(jīng)系統(tǒng)將兩者連接起來，這樣的模式可以增加系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)不適應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生[2]。

智能機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展離不開先進(jìn)的材料作為基礎(chǔ)，只有有了高效率、適應(yīng)性強(qiáng)的機(jī)電才可以促進(jìn)機(jī)電行業(yè)的發(fā)展。人類在研究智能材料的過程中經(jīng)歷了由宏觀到微觀，由低級到高級的歷程，在機(jī)器發(fā)展初始的十八世紀(jì)，機(jī)器的材料主要采用的是力學(xué)性能材料，像金屬這類的材料占據(jù)主體地位。但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，有越來越多性能好的材料被發(fā)明出來，所以在機(jī)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(xué)等，所以金屬材料的使用技術(shù)也越來越完善。陶瓷技術(shù)的發(fā)展其強(qiáng)大的彎曲能力和記憶能力是的軍用器械制造技術(shù)的發(fā)展成為了可能。在材料的原則中主要是注重材料的超導(dǎo)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(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展下，現(xiàn)在最具有發(fā)展前途的就是仿生材料。該材料可以被用來制造機(jī)電設(shè)備中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和信號傳到材料。例如2017年瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的研究人員介紹了一種由明膠制成的可食用軟體機(jī)器人，該機(jī)器人是利用記憶性合金制成，隨著溫度的變化具有較強(qiáng)的伸縮能力，該發(fā)明促進(jìn)了微機(jī)電系統(tǒng)和醫(yī)療器械的發(fā)展。[3]

隨著科學(xué)的發(fā)展，當(dāng)下智能材料學(xué)正在進(jìn)行質(zhì)的轉(zhuǎn)變，不僅會促進(jìn)中國工業(yè)的發(fā)展，還會對中國國防、航空甚至醫(yī)學(xué)產(chǎn)生巨大的影響，如果可以把握這一發(fā)展趨勢，必然會為中國長遠(yuǎn)的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。現(xiàn)在還有越來越多包括納米材料在內(nèi)的材料在進(jìn)行研究，我國清華的教授在二十世紀(jì)研究出了生物芯片，希望在以后的機(jī)電制造中有更多更優(yōu)質(zhì)的材料。

3.結(jié)束語

從上文中的分析可以了解到，智能材料科學(xué)與智能機(jī)電學(xué)的發(fā)展是相互結(jié)合的，智能材料的發(fā)展會有益于智能機(jī)電學(xué)的進(jìn)步，而智能機(jī)電學(xué)的發(fā)展又可以促進(jìn)智能材料科學(xué)的研發(fā)，所以二者是相輔相成的關(guān)系。隨著中國科學(xué)技術(shù)的崛起，現(xiàn)在在世界機(jī)電行業(yè)也有了一定的話語權(quán)，但是總體來說還與其他發(fā)達(dá)國家有著一定的差距，希望在各領(lǐng)域工作人員的共同努力下，促進(jìn)中國智能機(jī)電行業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)

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