超材料蒙皮：給車輛穿上智能“外衣”
2015年05月06日 11:15 4841次瀏覽 來源： 新材料在線 分類： 新材料前沿
在智能手機引爆移動互聯(lián)網之后，智慧城市、智能交通、智能家居等與智能相關聯(lián)的詞匯以迅雷不及掩耳之勢進入我們的生活，仿佛一下子我們就進入了“智能”時代。在2015美國拉斯韋加斯國際消費類電子產品展覽上，智能車輛“一枝獨秀”，包括奧迪、奔馳、寶馬在內的10個主流汽車廠商競相推出了新研發(fā)的智能汽車、無人駕駛技術、車載系統(tǒng)以及車聯(lián)網形式的新嘗試。同時，各大IT廠商也紛紛加入到智能汽車硬件與軟件系統(tǒng)開發(fā)中，豐富著人們對于智能交通的憧憬。
“智能車輛”在普通汽車的基礎上增加了先進的傳感器(雷達、攝像)、控制器、執(zhí)行器等裝置，通過車載傳感系統(tǒng)和信息終端實現(xiàn)與人、車、路等的智能信息交換，使汽車具備智能的環(huán)境感知能力，能夠自動分析汽車行駛的安全及危險狀態(tài)，并使汽車按照人的意愿到達目的地，最終實現(xiàn)替代人來操作的目的。
就像我們人類感知冷暖需要有皮膚一樣，車輛要想做到“智能”也同樣必須自己的“皮膚”——智能蒙皮。而要想車輛做到對環(huán)境的感知，傳感器是必不可少的。目前，雷達傳感器與圖像傳感器技術已經在智能交通領域嶄露頭角，傳感器配合相機，可以在一張圖片上同時顯示多輛車的速度、距離、角度等信息，有效地監(jiān)控道路車輛狀況。但是，隨著智能化程度的提高，車輛需要感知的因素越來越多，因此需要集成的傳感器種類和數(shù)量也越來越多，傳統(tǒng)上由敏感元件和轉換元件組成的傳感器很難適應其需求的發(fā)展。
超材料是指具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料，核心思想是通過復雜的人造微結構設計與加工，實現(xiàn)人造“原子”及其組合對電磁場的響應。超材料技術是一種前沿性交叉科技，所涉及的技術領域包括電磁、微波、太赫茲、光學、半導體、通信、物理、數(shù)學、統(tǒng)計等。
日前，利用超材料的設計思想，美國科學家Melik制備了一種微應力感應器，其所在科研小組在聚酰胺基材上印制銅質開口環(huán)微結構，當在整個材料上施加應力產生形變時，超材料的電磁信號會發(fā)生偏移，通過電磁信號的偏移即可判斷出材料上受到應力的大小和產生的形變量。可以想象，將此類傳感器用作車輛蒙皮，車輛在行駛過程中就可以檢測到損傷并“感知”世界。如果針對其它的物理量設計相應的超材料傳感器，并且通過不同組合印制在柔性基底上，相當于將數(shù)以萬計的微型傳感器嵌入在一張柔性薄膜上，就可以簡單方便地貼合在車輛表面，其加工性和準確性遠遠超過目前的傳感技術。這種智能蒙皮可以讓車輛來監(jiān)控自己的健康，并在任何潛在的問題變得糟糕之前進行報告。因此，它將減少所需的定期地面檢查，并且零件能夠及時更換，從而提高整體安全性。
同樣利用超材料技術，美國杜克大學的研究人員研制出了一種超材料圖像傳感器，無需鏡頭即可拍攝照片。通過在柔性基底上印制能夠捕捉不同頻率光線的超材料微結構，再加上一些電路板和軟件，這部只有傳感器的相機就可以進行拍攝。同樣也可以將這種技術應用在智能車輛蒙皮上，取代傳統(tǒng)的攝像機。由于其柔性特質，可以與外殼一體化設計，并且可以安裝在任何位置，避免監(jiān)視死角的存在。通過與計算機相連，還可以自動監(jiān)控車輛行駛情況，提高車輛行駛的安全性和操控性。
在全球“工業(yè)4.0”進程持續(xù)深化、“智能+”應用領域不斷擴大的背景下，超材料智能結構作為戰(zhàn)略新興產業(yè)及人工智能革命中的代表產品，具有巨大的發(fā)展空間和良好的市場前景。超材料作為一類新興的技術，以其結構的可設計性和柔性加工方式方面的優(yōu)點，作為智能傳感器在汽車蒙皮上的應用必將大放異彩。
針對超材料技術的研究，世界上主要國家都在加緊布局，我國超材料技術發(fā)展雖然晚于美國，但近幾年呈現(xiàn)出比較迅猛的勢頭，深圳光啟在超材料技術研發(fā)和商用化方面走在全球前列，憑借其先進的設計和制造技術，對超材料技術在航空工業(yè)、衛(wèi)星通訊、無線通信以及智能結構等領域的應用進行了重點開發(fā)，其衛(wèi)星平板天線、超級WiFi、智能光子等技術已經得到初步應用，在超材料智能車輛領域的布局也將全面鋪開。
（白穹）
責任編輯：陳巖
如需了解更多信息，請登錄中國有色網：m.bestexercisefitness.com了解更多信息。
中國有色網聲明：本網所有內容的版權均屬于作者或頁面內聲明的版權人。
凡注明文章來源為“中國有色金屬報”或 “中國有色網”的文章，均為中國有色網原創(chuàng)或者是合作機構授權同意發(fā)布的文章。
如需轉載，轉載方必須與中國有色網（ 郵件：cnmn@cnmn.com.cn 或 電話：010-63971479）聯(lián)系，簽署授權協(xié)議，取得轉載授權；
凡本網注明“來源：“XXX（非中國有色網或非中國有色金屬報）”的文章，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不構成投資建議，僅供讀者參考。
若據(jù)本文章操作，所有后果讀者自負，中國有色網概不負任何責任。
