1.1 Scurt istoric
Preocuparea de-a crea structuri adaptive datează de cel mult două ecenii [5]. Primele eforturi în acest sens s-au semnalat la începutul anilor 80, când S.U.A. au sponsorizat cercetările de integrare a proiectoarelor luminoase în învelişul exterior al avioanelor de luptă. A rezultat "Programul Invelişului Inteligent" (Smart Skin Program) care s-a derulat timp de aproape un deceniu. Ulterior, cercetările s-au extins în mod considerabil dar au fost axate tot pe tehnologiile aeronautice şi spaţiale.
In Japonia eforturile au fost, de la bun început, axate pe dezvoltarea bine structurată şi pe scară largă a materialelor multifuncţionale. În 1985 s-a infiinţat "Forumul Sticlei Noi" (New Glass Forum) destinat dezvoltării de materiale ceramice senzoriale, prin modificarea proprietăţilor chimice,mecanice sau optice. În 1987 forumul a fost înlocuit de "Asociaţia Sticlei Noi" (New Glass Association) care reunea peste 200 de companii din diverse domenii de activitate. Ulterior au mai funcţionat: "Consiliul pentru eronautică, Electronică şi alte Ştiinţe Avansate" (1987-1989) şi "Agenţia de Ştiinţă şi Tehnologie" (înfiinţată în 1989) care au reunit, pentru prima oară, specialişti din medicină, farmacie, ştiinţe inginereşti, fizică, biologie,electronică şi informatică.
În Germania studiul materialelor adaptive s-a axat iniţial exclusiv pe
controlul vibraţiilor din aero- şi astronave. În 1990 aceste preocupări au
atras atenţia instituţiilor de stat intrând sub coordonarea Centrului de
Tehnologie din Düsseldorf. Acesta a organizat un colocviu, în toamna
anului 1991 când, în limba germană, a fost adoptat termenul de
"adaptronică" [6].
1.2 Caracterizare generală
Prin analogie cu ştiinţele biologice, sistemele inteligente pot îndeplini
funcţii de activatori (muşchi), de senzori (nervi) sau de control (creier).
Noţiunea de material inteligent poate fi extinsă la un nivel mai înalt de
inteligenţă artificială, prin încorporarea unei "funcţii de învăţare". Rezultă
un material foarte inteligent care poate detecta variaţiile mediului şi-şi poate
modifica caracteristicilor proprii astfel încât să controleze variaţiile care au
generat această modificare. S-au dezvoltat, astfel, noţiunile de "inteligenţă
pasivă" (care permite doar reacţia la mediu) şi de "inteligenţă activă" (care
3
reacţionează în mod discret la constrângeri mecanice, termice sau electrice
exterioare, ajustându-şi caracteristicile printr-un sistem de feed-back) [7].
Actuatorii (care ar trebui să se cheme acţionatori, deoarece termenul
actuator a fost preluat în mod „automat” din limba engleză fără să existe o
acţiune corespunzătoare în limba română – a actua - aşa cum există în limba
franceză actionneur de la actionner = a acţiona) sunt constituiţi din
materiale inteligente capabile să efectueze o acţiune. Ei au capacitatea de aşi
modifica: 1-forma (generând lucru mecanic); 2-rigiditatea; 3-poziţia; 4-
frecvenţa vibraţiilor interne; 5-capacitatea de amortizare; 6-frecarea internă
sau 7-vâscozitatea, ca reacţie la variaţiile de temperatură, câmp electric sau
magnetic. Cele mai răspândite materiale pentru actuatori (numite şi
materiale reactive sau adaptive) sunt: materialele cu memoria formei,
materialele piezoelectrice, materialele electro- şi magnetostrictive precum şi
materialele electro- şi magnetoreologice [1].
Senzorii (captatori) sunt sisteme de detecţie ce traduc modificările
mediului prin emiterea unor semnale cu ajutorul cărora este descrisă starea
structurii şi a sistemului material. Printre funcţiile lor se numără: controlul
defectelor, amortizarea vibraţiilor, atenuarea zgomotului şi prelucrarea
datelor. Unei structuri i se pot ataşa senzori externi sau îi pot fi încorporaţi
senzori [8]. Cele mai răspândite materiale senzoriale sunt: materialele cu
memoria formei, materialele piezoelectrice, materialele electrostrictive,
fibrele optice şi particulele de marcare [1].
Sistemele de control (dispozitive de transfer) se bazează pe aşanumitele
"reţele neurale" care au rolul de-a asigura comunicarea complexă,
prelucrarea semnalului şi memoria prin evaluarea stimulilor primiţi de
sistem şi controlul reacţiei acestuia. Prelucrarea semnalului şi acţiunea
rezultată se fac după o anumita "arhitectură" care include: 1-organizarea
globală; 2-organizarea locală; 3-ierarhia simplă şi 4-multiierarhia [9]. După
acest model, informaţiile mai puţin importante, care nu necesită precizii
foarte ridicate, pot fi prelucrate la un nivel inferior, fără a mai trebui să
treacă prin nivelul central. Rezultă atât reducerea timpului de stimulareacţiune,
cât şi reducerea consumului energetic. În felul acesta este prelungită
"viaţa" sistemului de control care trebuie să fie mai lungă decât duratele de
funcţionare ale oricăruia dintre componentele sale.
Materialele inteligente, care au mai fost numite: senzoriale, adaptive,
metamorfice, multifuncţionale sau deştepte (smart) [10], sunt fructul
colaborării specialiştilor din trei domenii: ştiinţa materialelor, inginerie
mecanică şi construcţii civile şi pot combina funcţia de actuator cu cea de
senzor. Cea mai eficace metodă de obţinere a materialelor inteligente este
4
asamblarea de particule (particle assemblage) care se poate realiza fie prin
ataşarea, fie prin integrarea elementelor active într-o structură unitară.
Conceptul de asamblare de particule presupune: 1-producerea unui amestec
ordonat de diferite particule; 2-manipularea particulelor cu o microsondă şi
3-aranjarea particulelor pe substraturi. Metoda de aranjare pe substraturi
presupune parcurgerea a trei etape (după modelul copierii xerografice):
desenarea, developarea şi fixarea [11]. Cu ajutorul sistemelor materiale
inteligente au fost concepute sisteme de prelucrare mecanică inteligentă cum
ar fi, de exemplu, îndoirea precisă "în L" a tablelor subţiri [12].
