智能材料定义与特性 - 智能材料是一类能够感知环境变化、作出判断并执行指令的新型材料 其关键特性在于能够随外界刺激主动改变形状、软硬、颜色或功能[2] - 智能材料具备感知、驱动与信息处理一体化特征 可通过电、磁、光、热或溶液pH值等外界条件触发响应 无需传统机械或电机结构[2] - 主要类型包括形状记忆聚合物、电致活性聚合物、形状记忆合金、压电材料及电/磁流变材料等 具有主动可控变形、变性能和变功能特点[2] 智能材料应用领域 - 压电材料应用于振动控制与精密驱动 形状记忆合金用于心血管支架 磁致伸缩材料用于超声换能器[3] - 电流变/磁流变材料应用于汽车自适应减震器 介电弹性体用于软体机器人 光致变色材料用于波音787舷窗[3] - 自修复材料如自愈合汽车保险杠 形状记忆聚合物可响应温度/光/溶液刺激 4D打印结构可随时间环境改变形态[3] - 传感型纤维用于汗孔自适应调温服装 变刚度结构用于可展开帐篷 液态透镜可通过折射率调节实现光学变焦[4] - 脑机接口执行材料通过生物电信号控制假肢 食品级变形材料可制作遇水自成型意面[4] - 在航天航空、医疗健康、智能制造、能源电力和建筑家居等领域展现广阔应用前景[5] 智慧材料概念与发展 - 中国首次提出"智慧材料"概念 通过对智能材料进行人工智能训练 实现类生命自主决策与响应[6] - 智慧材料具备强生存、强适应、强自主和自生长特性 能够感知环境并提取信息 通过深度学习模型自主决策[6] - 应用包括肌电信号控制假肢抓握 眼球运动电信号驱动变焦透镜 脑机接口实现意念操控材料执行复杂任务[6] - 智慧材料系统将赋予高端装备环境感知、自主决策和自主执行任务三位一体能力[7] 市场规模与产业影响 - 全球智能材料市场规模到2030年最高有望达到2500亿美元[7] - 在医疗领域推动可降解个性化支架、靶向药物输送系统和组织再生支架发展[7] - 在能源领域应用柔性光伏发电装置、海浪发电材料和智能电网监测系统[7] - 在日常生活中催生自适应家居、智能穿戴、个性化玩具和食品加工等新形态产品[7] - 在安全防护方面发展洪水应急屏障、变形救援设备和结构健康监测系统[7] 行业现状与挑战 - 中国在基础研究与航天柔性电池板等尖端领域国际领先 但在消费品转化和产业生态建设上与发达国家存在差距[8] - 材料发展需与终端应用紧密结合 需要更多跨学科合作并联动企业加快产品化步伐[8]

人工智能和机器人 - 计算创造力是跨学科研究，位于人工智能、认知心理学、哲学和艺术之间，目标是使用计算机对创造力进行建模、模拟或复制 [9] - 无人驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作实现自动安全操作 [9] - 外骨骼机器人核心技术系统包括传感器系统、控制系统和驱动系统，根据驱动方式可分为液压驱动、气动及电机驱动 [10][11] - 高光谱成像技术基于非常多窄波段的影像数据技术，将成像技术与光谱技术相结合，具有光谱分辨率高、"图谱合一"和突出的地物识别能力 [11] - 语音识别技术包含特征提取、声学模型训练、语言模型训练和语音解码四个主要步骤 [13][14] - 群体智能是指各种对象的集体行为，集群机器人是群体智能的一种，应用方向包括物流、自动驾驶、精准农业等 [15][16] - 军用无人机核心技术集中在总体技术、动力系统和飞控系统 [17] - 人工智能关键技术包括机器学习、神经网络、自然语言处理、基于规则的专家系统和物理机器人 [18][19] - 全息技术利用干涉原理记录物体光波信息，全息投影技术主要有空气投影和交互技术、激光束技术和360度全息显示 [20] - 类人机器人研究将人脑模拟系统、电子神经网络与机器人平台深度融合，实现视觉、听觉、思维和运动协同 [21] - 神经科学研究神经回路功能，最终目的是找出影响想象力的方法，与人工智能相辅相成 [22][23] - 柔性机器人具有高灵活性、可变形性和能量吸收特性，三大技术要素是机器感知、机器行动和人机交互 [27][28] - 非接触手势识别技术包括光学传感和雷达检测两种方式 [29][30][31] - 飞行汽车需要依托自动驾驶、轻量化材料和电池技术等多方面科技创新 [32][33] 人机交互和仿生 - 神经形态芯片模仿大脑处理数据，具有低功耗、低延迟特点，英特尔2021年推出Loihi 2芯片 [87] - 仿生学通过研究生物系统为工程技术提供新设计思想，在医学领域用于代替或增强人体部件 [88] - 脑功能映射技术包括功能性磁共振成像(fMRI)和一体化正电子发射断层成像(PET) [90][91] - 情绪识别通过计算机视觉和机器学习技术识别面部表情和行为动作 [93][94][95] - 智能纹身由可穿戴皮肤电极组成，能够感知外界刺激和监测生理数据 [95][96][97] - 脑机接口分为侵入式和非侵入式，侵入式采用刚性或柔性电极，非侵入式常用脑电帽 [98][99] - 人工突触模仿人脑突触传递信号方式，发展离不开忆阻器和二维材料技术 [100][101] 电子与计算机 - 柔性电子将有机、无机材料沉积在柔性基板上形成电子元器件，制造关键包括基板、材料和工艺 [126][127] - 纳米发光二极管利用纳米材料制备，具有更高发光效率和更低能耗 [128] - 碳纳米管具有出色力学、电学和化学性能，工业化生产工艺包括化学气相沉积、电弧放电和激光烧蚀 [129][130][131] - 计算内存将数据存储于服务器内存中加速处理，主要有近数据计算和存内计算两种形式 [131][132][133] - 石墨烯晶体管具有出色导电导热性能，制备方法包括化学气相沉积法、"点籽晶"诱导生长法和"内外碳源协同"法 [133][134] - 高精度时钟同步技术包括GPS、NTP和PTP协议，精度从纳秒级到毫秒级 [135][136] - 纳米线具有出色电子传输特性，可通过化学气相沉积、激光剥离等多种工艺生产 [138][139] - 光电子学器件包括发光二极管、太阳能电池、光敏电阻、激光二极管等 [141] - 量子计算机使用量子位元进行计算，关键技术包括量子处理器、纠错编码和软件算法 [142][143] - 量子密码学利用量子力学特性加密，主要技术挑战包括经典信息技术、量子中继技术和后量子密码技术 [144][145][146] - 自旋电子学通过操纵电子自旋自由度，在数据存储、逻辑运算等方面具有应用潜力 [148][149] 新材料进展 - 液态金属具有导电性强、热学特性优异特点，应用领域包括计算机芯片散热、软机器人、医疗材料等 [34] - 球形TiAl合金粉末具有密度低、高温力学性能优异特点，应用于汽车、航空航天等领域 [39][40][41][42] - 航空发动机叶片高温合金分类包括等轴晶铸造高温合金、定向凝固高温合金和单晶高温合金 [49][50] - 超高分子量聚乙烯具有良好的化学稳定性和耐磨性，催化剂对树脂形态、粒度等有重要影响 [63][64] - 精细金属掩模版是OLED显示面板生产关键组件，制备工艺包括蚀刻法、电铸工艺和激光加工 [110][111] - 柔性显示发光材料根据发光颜色分为红、绿、蓝三色，根据材料类型分为荧光材料和磷光材料 [120][121] - 自修复材料损伤后可自动修复，分为高分子、无机非金属和金属基三类 [102][103] - 第三代半导体材料SiC具有更大禁带宽度和更高击穿电场强度，适用于耐高压、高温器件 [150][151] - 低温共烧陶瓷技术将多层陶瓷元件与电路图形结合，形成无源元件或集成三维互联电路 [161][163] 产业格局 - 全球碳纤维市场被日本企业主导，东丽、帝人、三菱化学占据近70%份额 [55][56][57] - 2021年全球UHMWPE市场规模18.5亿美元，预计2027年达28.8亿美元 [63][64] - 2021年全球金属掩模版市场规模7.9697亿美元，预计年增长率34% [113][114] - 2021年全球OLED发光材料市场规模约15.2亿美元，同比增长17% [123][125] - SiC衬底市场美国企业占优，Wolfspeed和II-VI是行业巨头 [152][153] - LTCC产品市场被日本村田、京瓷和博世垄断，合计份额54% [163][164]