仿生学与航空航天用智能材料研究相结合

“个人航空器”取代汽车已不再是科幻小说或周六早上卡通片中的幻想，在NASA兰利中心的专家正在研制一种奇异的技术使得个人“空中汽车”的梦想更接近于现实。自体愈合机翼可以象生命有机体一样可伸缩和有反应能力。多用途轰炸机，既可充当敏捷喷气战斗机，又可变成成群的微型无人驾驶航空器。这是科幻可能的事情中仅有的、可以通过下一代技术手段在下世纪前变得切实可行的几样事情。这项航空航天科技重大突破的核心技术是“智能”材料。这种物质具有神奇的特性，它可以根据指令弯曲、可以“感受”压力、当放入磁场中，还可以从液态变成固态。研制这项新技术的兰利中心“形态工程”负责人说，“大多数人甚至还没有意识到此项技术的存在”。“形态工程”的任务是构想20年后划时代的航空航天设计是怎样的，并开始研制这项技术使其构想变成现实，例如，一架个人的空中汽车既要求它简洁，但同时可以在非常低和非常高的时速下飞行。她接着说，“我们认为要制造这样一种‘喷气式子代’交通工具，需要机翼构型能够进行根本的变化。在非常高速和非常低速的状态下可以使用的机翼，是完全不同的”。现在有些飞机已经具有可调机翼,如挪威的F-14雄猫飞机和B-1超音速轰炸机.这些飞机将刚性的机翼通过巨大、沉重的曲轴安装在机身上。作为对比，形态工程的科学家们所设想的机翼可以根据指令而展开。这种机翼是使用“形态记忆”合金或其他新颖的材料制成，可以弯曲产生新的形状。“ 形态记忆”合金具有独特的性能，当提供足够的热量后，它可以很快的恢复原有形状，任何形状都可以最终恢复成它原有的状态。在形态工程研究的新型材料中，形态记忆合金相对比较普通。观察一颗子弹穿过一层材料，材料被子弹穿射后便很快愈合了！记住，这不是科幻小说中的故事。自体愈合材料的确存在，兰利研究中心的科学家们正致力于揭开它们的密秘。“我们在兰里研究中心的主要工作是解剖这种材料，回答‘它是如何是实现自体愈合的？’这样的问题。通过这些分析，我们开始着手于运用这些材料在分子级水平进行计算机建模。一旦我们在分子水平上了解了此种材料的性能，我们就创造设计“智能”材料”。兰利研究中心同时研究可定制变化的压电材料。这种物质随电压而变化，当扭曲这种压电材料时就会有电压产生，相反，如果对其提供电压则材料便会弯曲。科学家们利用这种特性，将其设计做应变传感器或“作动器”，安装在机器中作为可产生微小动作，例如移动飞机的副翼。结合微电子技术，这些材料可以从根本上提高未来飞机的设计水平。　如果展望未来的20年，我们认为飞机已经可以随时进行分布式的自我评估和维修。要想达到这样的技术水平，需要在机翼中分布安装作动器和传感器，这如同人体的工作，我们有遍布全身的肌肉和神经，所以我们能意识到身体发生的变化并通过一些途径对这些变化产生反应。“形态工程”研究的一个方向是考察自然界中的生物是如何做它可以做好的事情，科学家们希望通过这项研究可以从中受到启迪以改善他们自己的设计。生物可以做一些我们根本不能做的事情。鸟类远比现在飞机更加灵活机动，鸟类可以盘旋，可以向后和侧向飞行。昆虫可以上下，一圈接一圈的飞行，而人类根本无法接近这些水平。“仿生学”--这项从自然获取知识的实践，已经导致骨头仿生品和其它多种仿生品的研究。骨头之所以轻，是因为它内部的多孔结构，但它也非常坚固。兰利研究中心的科学家将聚合微球体注入到所期望形状的复合材料的壳体中，然后对这些球体进行加热，这样，这些微球体就如同细小的肥皂泡一样溶合到一起。这样的结构与骨头一样。“如果你拥有我上面所说的既轻又坚固的仿骨头的结构，再加上仿神经的传感器和一些柔性的作动器，你最终获得的将是一个相当轻便、坚固、能自我意识和自我作动的结构”与现有飞机死板、沉重的结构比较，你便能理解“智能”材料的使用对于航空航天设计将带来多么生动的变化。正如同其它基础科学研究一样，这些“智能”材料的使用将延伸到航空航天工业的其它领域。“我们与由NASA资助的两家商业公司有密切合作，而且此项技术将有数百万种的应用。”