论智能材料科学与智能机电学

付永晟

摘要：随着中国社会经济不断发展，我国的科学技术也有了很大程度的提升，因此有了更多的新兴学科。其中智能材料科学和智能机电学正是随着生物学在材料科学与机电科学的发展中形成的。因此本文正是通过对智能材料科学和智能机电学的思考，探究了两者存在的内在关系，对两个概念进行了进一步的研究，希望能通过自己的研究对未来智能材料科学和智能机电学贡献一份力量。

关键词：智能材料科学;智能机电学;智能机电系统模型;探究

在计算机技术不断发展的前提下，计算机的用处也越来越广阔。从最开始的被用于科学计算，到现在机床、大数据、人工智能等技术，计算机技术在我们生活中的应用越来越广泛。在这样的大时代背景下，只能材料科学和智能机电学得到了前所未有的飞速发展，也正是这些进步在推动者人类文明向新的方向走去。

1.促进机电工程学发展是促进材料科学发展的基础

早在十八世纪英国的哈格里斯夫发明并改进了珍妮机，拉开了第一次工业革命的序幕，从那时候开始人类拥有了第一台传统意义上的机器。从十八世纪到二十世纪这段时间里，人类用到的机器都是需要人工控制的，人类的脑力并没有得以释放，在工作的过程中依然有许多限制条件[1]。在二十世纪中叶第一台电子计算机诞生了，但只是被用来进行科学计算，随着人类不断研究，在一九五二年由美国人研究出了第一台数控机床。在一九六二年美国人又研制出了工业机器人，一直到二十世纪七十年代随着计算机技术的不断完善，才将电子计算机技术应用到工业生产过程中。电子计算机技术与工业生产的结合一经问世就受到了众多工厂的追捧，被广泛应用于制作军工业产品。在1971年日本人正式提出了机电一体化的概念。机电一体化指的是将信息的判断、处理以及控制为一体，与工业生产技术相结合的技术，这其中不仅使得不同学科之间有了联系，而且还促进了机电学的进步和发展。

这是智能机电学最初的对比图，从图1中我们可以了解到最核心的部位是在中间位置的控制区域，控制区域是和与其相连接的检测结构进行合作从而完成控制作业。所以通过以上工作的原理我们可以了解到机电技术中是利用的传感技术和微电子技术。在整个机电的工作过程中，始终是以计算机为工作的核心，通过与其他部分合作完成工作，那么高质量的功能材料也就决定了机电一体化技术是否可以高效工作。

正是在机电科学不断进步的过程中，传统的制作材料越来越不能满足当下机电制造的要求，因此也就推动了材料学的研究和发展。在传统的机电制造过程中采用的是金属，而随着机电的性能不断改善，金属不能完全达到当下的制造要求。比如像当下的神经系统网络组织，如果仅仅依靠传统金属，很难将机电内部控制信号传输到机电工作部位，因此这也对新型材料的需求就越来越高，因此在当下的社会环境下正是机电学的发展推动了整个材料学的进步。现在的动力源有了更多的选择，不光可以使用传统的电力，还可以使用现在的绿色能源，这样不仅可以减少企业生产成本，还可以相应国家号召，建设绿色生态文明，真正做到生态文明。

2.材料科学的发展是机电学发展的必要条件

当下工程学研究工作中，人类的主要任务就是通过机器的作用来代替原先的人力与脑力，从而减轻人类的工作量，提高当下工作的生产效率。所以在对机电工程进行分析的时候，最重要的就是要将人作为研究的最终目的，以此来对相关的学科进行研究。早在二十世纪九十年代初就有科学家提出了建立机电神经网络，仿制人类的神经网络提高机电一体化的自动化程度。随着科学技术的不断进步，当下也不断将人工智能的技术添加到当下的智能机电学领域，像现在的无人驾驶技术、无人生产车间都是应用的这种技术，从而提高了企业的利润空间，为企业现代化发展奠定了坚实的基础。现在大部分企业生产车间中用到的都是机电模式，在机电工作过程中还是由计算机的逐级作为核心，但不同的是在主机工作的过程中还有与其并行的管理机运行，利用神经系统将两者连接起来，这样的模式可以增加系统工作的稳定性，减少系统不适应现象的产生[2]。

智能机电系统的发展离不开先进的材料作为基础，只有有了高效率、适应性强的机电才可以促进机电行业的发展。人类在研究智能材料的过程中经历了由宏观到微观，由低级到高级的历程，在机器发展初始的十八世纪，机器的材料主要采用的是力学性能材料，像金属这类的材料占据主体地位。但随着科学技术的不断进步，有越来越多性能好的材料被发明出来，所以在机器材料的选择中有了更多的选择，像陶瓷、晶体、冶金以及固体化学等，所以金属材料的使用技术也越来越完善。陶瓷技术的发展其强大的弯曲能力和记忆能力是的军用器械制造技术的发展成为了可能。在材料的原则中主要是注重材料的超导性、电性、磁性以及绝缘性等性能，只有有良好的以上条件才能被用来制作各种元器件。在技术的不断进步和发展下，现在最具有发展前途的就是仿生材料。该材料可以被用来制造机电设备中的神经网络系统和信号传到材料。例如2017年瑞士联邦理工学院（EPFL）的研究人员介绍了一种由明胶制成的可食用软体机器人，该机器人是利用记忆性合金制成，随着温度的變化具有较强的伸缩能力，该发明促进了微机电系统和医疗器械的发展。[3]

随着科学的发展，当下智能材料学正在进行质的转变，不仅会促进中国工业的发展，还会对中国国防、航空甚至医学产生巨大的影响，如果可以把握这一发展趋势，必然会为中国长远的发展奠定坚实的基础。现在还有越来越多包括纳米材料在内的材料在进行研究，我国清华的教授在二十世纪研究出了生物芯片，希望在以后的机电制造中有更多更优质的材料。

3.结束语

从上文中的分析可以了解到，智能材料科学与智能机电学的发展是相互结合的，智能材料的发展会有益于智能机电学的进步，而智能机电学的发展又可以促进智能材料科学的研发，所以二者是相辅相成的关系。随着中国科学技术的崛起，现在在世界机电行业也有了一定的话语权，但是总体来说还与其他发达国家有着一定的差距，希望在各领域工作人员的共同努力下，促进中国智能机电行业的发展与创新。

参考文献

[1]北京智能机电创新中心成立展现『小、快、精』[J].现代制造工程，2017，（3）：封2.