wimic agh

Ewolucja przyrody ożywionej w toku wielu milionów lat doprowadziła, drogą doboru naturalnego, do ukształtowania się układów organicznych tak, aby spełniały one swoje funkcje w sposób optymalny. Zasady budowy i sposoby reagowania żywych organizmów na bodźce zewnętrzne dla spełniania przez nie różnych funkcji przenosi się także na materiały wytwarzane przez Człowieka.

 

Z jednej strony, rozwija się wytwarzanie materiałów biomimetycznych, które wykorzystują lub naśladują budowę układów organicznych. Z drugiej, rozwija się układy materiałowe, które imitują zachowanie się żywych organizmów. Zachowanie to polega na rejestrowaniu sygnałów pochodzących z otoczenia i takim odzewie na te sygnały, który odpowiada programowi życiowemu żywego organizmu. Z tego powodu materiały i układy, które wykazują tego rodzaju zachowanie nazywa się inteligentnymi, co jest przybliżonym odpowiednikiem angielskiegosłowa smart = sprytny. W sposób bierny każdy materiał jest „inteligentny” w tym sensie, że reaguje odkształceniem, polaryzacją, topnieniem itd. na zewnętrzne bodźce obciążenia, natężenia pola elektrycznego, temperatury itd. W ściślejszym tego słowa znaczeniu inteligentne są (aktywne) inteligentne układy materiałowe. 

Jak to pokazuje rysunek powyżej, typowy układ inteligentny składa się z sensora i aktywatora powiązanych pętlą sprzężenia zwrotnego, której tor biegnie zazwyczaj przez element sterujący (mikroprocesor); w pętli wykorzystuje się, jak dotąd, głównie zjawiska elektryczne. W związku z tym sensor jest zazwyczaj przetwornikiem, który przetwarza różne fizyczne i chemiczne sygnały wejściowe z otoczenia na sygnały elektryczne wysyłane do mikroprocesora. Ten ostatni sygnały te analizuje i w wyniku analizy wytwarza odpowiednie sygnały elektryczne przesyłane do aktywatora. Aktywator przekształca je w odpowiednie akcje fizyczne i chemiczne. Dla efektywnego szybkiego działania aktywatory i sensory są zminiaturyzowane i zintegrowane z układami scalonymi. Istotną rolę w układach inteligentnych spełniają aktywatory i sensory ceramiczne. Różnorodne własności materiałów ceramicznych pozwoliły na otrzymanie sensorów i aktywatorów, które umożliwiają wzajemne przetwarzanie praktycznie wszystkich rodzajów energii, a więc energii elektrycznej w mechaniczną i na odwrót, energii świetlnej w elektryczną i na odwrót, energii cieplnej w elektryczną i na odwrót oraz energii reakcji chemicznych w elektryczną i na odwrót. Wykorzystanie materiałów ceramicznych jako sensorów i aktywatorów umożliwia tworzenie układów pozwalających materiałom, urządzeniom czy maszynom na elastyczne dostosowanie się do warunków narzucanych przez środowisko. Umożliwia też wykonywanie działań w kierunku przywrócenia poprzedniego, korzystnego stanu urządzeń. Przykładem mogą służyć układy regulacji spalania w silnikach samochodowych, stabilizacji obrazu w kamerach wideo, suszarki do włosów samoczynnie regulujących temperaturę powietrza i wiele, wiele innych układów wykorzystywanych w pracy urządzeń codziennego użytku. Dalszy rozwój przetwarzania różnych rodzajów energii przy pomocy sensorów i aktywatorów ceramicznych może zrewolucjonizować życie codzienne w dziedzinach oświetlenia, chłodnictwa oraz gospodarki energią. Ilustruje to przykładowo tabela poniżej. 

Prof. dr hab. inż. Roman Pampuch