1989年11月30 日,航空学电子学及其它高级技术理事会向科学技术协会提交了一份题为《促进对能灵活地感应环境条件的新材料的全面研究与开发》的报告。这份报告有两个目的:1)为具有创新功能的材料提出新概念;2)为基于这些新概念的研究与开发提出基本指导方针。因而,这份报告属于“提出新概念型”的,在这一点上,它与其它基于既定概念提出明确的研究目标的那些报告有所不同。

该报告分为四章,现简述如下:

第一章:创造智能材料(或物质)的必要性与意义

智能材料在许多领域具有广泛的应用潜力。在当今高度重视信息的社会里,由于对软件的需求量日益增加,信息系统扩大了,因此,需要研制一种内含软件的致密材料。

在医药领域,对能代替活体中自然生理功能的物质寄予很大希望。这些物质(或材料)应具有对体内疾病、自然生长、治愈程度作出反应并加以控制的功能。

对航空航天技术和核动力发展来说,所需要的材料应能经受恶劣环境,同时能对自己的状况进行自我诊断,并能阻止损坏和退化。

在材料科学中,显微镜和离子束技术的进步使在原子和分子水平上控制结构与功能和通过计算机模拟预测功能成为可能。研究正在朝利用特殊现象和100~10,000原子或分子(中视水平)群的新功能的方向前进。同时,阐明生理功能的研究正在稳步开展。

由于这些进步,在不远的将来,我们就能把生命形式的高级功能并入材料中。研究与开发的目标将是在微观水平上系统地协调多种功能,而不是像迄今为止所做的那样仅仅改进单一功能。

第二章:智能材料的概念

智能材料概念由三个要素组成:1)从人的观点出发的智能;2)材料中固有的智能;3)智能的原始功能。

“智能材料”这一术语的含义是,一种通过系统协调材料内部各种功能并对诸如时间、地点和环境作出反应而发挥功能作用的材料。换言之,有必要研制能与它们被使用的环境更大程度地协调一致的材料,即从人的观点出发能体现“智能”的物质。

例如,必须寻求从当今全球环境问题出发顺适环境的材料,或能满足储藏资源需要的材料。材料还必须具有摸上去温和或易于拾取的特性,这些特性就会使它们受到人的欢迎。

由于智能功能是系统协调其它功能的结果,我们可从研究生理功能中学到很多东西,如:自我诊断、自我成长、自我修复、自身溶解、预感与餐告、识别与区分、反馈、备用和信息集成等。为了使这些功能有机地发挥作用,它们必须受到其它更加基础的功能的支持,如内环境平衡、时间功能反应能力和环境反应能力等。

这些功能在智能材料中有些什么可能的用途?举例如下:

1)可用做一种能修复自身内部裂隙的结构材料。当裂隙产生时,裂隙顶部该材料的物理性质就会发生变化以阻止裂隙增大(自我诊断)。该材料还能通'd发出一种特殊声音或改变颜色对外发出营告,表示已经发生了损坏或退化(预感和餐告)。然后,用从自身内洗提出的物质修补裂隙(自我修复)。

2)用做不仅具有生物适应性,而且能通过吸收体内物质像生命形式那样成长的医药材料(自我生长),或在移植后像活的有机物质恢复那样能逐渐分解的医药材料(自我分解)。

3)用做一种能发射数量和强度恒定的光(环境适应性),不管入射光的数量和强度如何。

智能功能被视为系统协调如传感器、信息处理机、效应器等基本功能的结果。为了支持上述功能,有时必须有系统的信息传送功能和能量转换和供给功能。当然,这些功能都是建立在基本的物理化学功能和结构之上的。

第三章:研究与开发的目标

首先,有必要透彻了解表现功能的机制和其在分子和原子水平上的基本的物理与化学结构及物理性质。然后,用为创造智能材料开发成功的先进技术将结果结合在一起。

材料设计和功能移植的方式应使最理想的功能是系统协调基本功能的结果。因而,我们应当采取一种使功能层次化、系统化、密集化的新观念,舍弃复合或叠合“材料”的传统观念。此外,在研制智能材料的过程中,不必总是采用至今使用的研制仅具单一高级功能的材料的方法。我们应当考虑研制具有多重功能的材料,这些材料单个来看也许不怎么尖端,但把它们系统地协调在一起时,它们就神通广大了。

第四章:研究与开发战略

目前还没有一种材料堪称“智能”材料。因而,这份报告旨在通过建立上文所说的概念和树立研究与开发目标促进研制具有创新功能的材料。有必要采取一种摆脱了传统的材料分类法的联合多学科和学科间领域的研究方法。这种方法正在形成和发展。1989年在日本筑波召开了一个国际性专题讨论会,就智能材料观念和智能材料的潜力交流了看法,其后,人们对此领域的兴趣开始浓厚起来。

科学技术协会打算向各个领域的研究人员广泛宣传这个报告的内容,培训人才,建立一个协会,交流信息。除了继续用促进科技发展的专用协作基金资助各有关研究所的工作外,科学技术协会还在考虑一项新的促进该项研究的战略。

[Science & Technology in Japan,1990年3月]