Формального визначення у помітного терміну "розумні матеріали", звичайно, немає. Зазвичай так називають матеріали, здатні змінювати свої властивості під впливом середовища. Наприклад, є так звані матеріали з пам'яттю. Скажімо, дріт з нікелідатитану (його ще називають нитинол), будучи зігнутої, після нагрівання повертає собі вихідну форму.

Вперше ці властивості були застосовані в медичній техніці ще в минулому столітті, при виконанні операцій по перекриттю Баталова протока в перегородці між шлуночками серця; був створений парасолька з мікро пластин нітінола на яких був натягнутий еластичний чохол із силіконової гуми; Парасолька в складеному стані подавався по катетеру до місця в якому був відкритий проток і при досягненні температури тіла пам'ять форми повертала нітінолових пластини у вихідне положення; Парасолька перекривав проток і порок серця ліквідовувався без хірургічної операції

Тут одразу слід зауважити, що, незважаючи на свіжість самого терміна, ефекти, пов'язані з розумними матеріалами, були відкриті досить давно. Наприклад, ефект пам'яті вивчався ще в 30-х роках минулого століття, а властивості нітінола були вивчені радянськими металургами Курдюмовим і Хандорсоном в 1948 році (правда, свою назву сплав отримав через перевідкрив це справа в 60-х роках американців, але це зовсім інша історія).
Мова в нашому тексті піде про особливий класі розумних матеріалів - самовідновлюються матеріалах. Під цим словосполученням ховаються системи, здатні протистояти структурному руйнування через механічного впливу. Головна вимога, пропоноване до таких матеріалів, полягає в тому, щоб "заліковування" пошкоджень відбувалося без участі людини. Механізмів подібного заліковування є величезна безліч.

Одним із способів захисту металевих (наприклад, алюмінієвих) деталей є хроматування - їх обробка спеціальними розчинами, часто містять хромовую кислоту. При такій обробці формується тонкий шар, що захищає метал від корозії. Цей же шар служить прекрасною грунтовкою для подальшого фарбування або напилення. При хроматування, проте, використовується шестивалентний хром. Цей матеріал вважається небезпечним для здоров'я, оскільки, на відміну від, наприклад, хрому тривалентного, відносно легко проникає в живі клітини.

Разом з тим в деяких галузях - наприклад, військовою і космічною - при обробці алюмінієвих сплавів досі використовується небезпечне хроматування. Крім іншого, це пов'язано з тим, що при експлуатації таке покриття протягом декількох тижнів здатне саме заліковувати невеликі подряпини і пошкодження. Грубо кажучи, хром сам мігрує на місце подряпини, заповнюючи й закриваючи її. Подряпина при такій міграції, звичайно, не затягнеться (товарний вигляд виробу все одно буде зіпсований), однак підкладка з алюмінієвого сплаву буде захищена (звичайно, гірше, але захищена).

Таким чином, одним із завдань, що стоїть перед хіміками, є створення покриття, яке могло б замінити небезпечне хроматування. В кінці жовтня 2012 вчені з Університету Невади представили свій прототип такого покриття. Вони придумали покриття на основі молібдену. Вчені також запропонували спосіб нанесення цього покриття на поверхню з алюмінієвого сплаву AA2024-T6, який використовується в космічній промисловості.

Під час дослідження вчені спеціально пошкодили зразок. Потім, використовуючи відразу декілька методів спектроскопії (щоб уже напевно), вони переконалися, що молібден на пошкодженій ділянці присутня, тобто покриття здатне самовідновлюватися. Самі вчені говорять, що їх робота ще не завершена - вони працюють над удосконаленням формули покриття. Примітно, що до отримання прийнятних результатів дослідники перепробували близько 200 різних складів.

Одним з найважливіших процесів в сучасній хімії є процес регенерації наприклад травильних розчинів у виробництві електронних і мікроелектронних плат
При проектуванні такого роду процесів завжди найбільш критичним є безреагентної процес коригування рівня кислотності або лужності в розчині, що піддається регенерації
В останнє десятиліття були винайдені методи і апарат для такої мети
До сьогоднішнього дня цей винахід не було ніким вдосконалено або ніхто не зумів створити щось краще

United States Patent 6,139,714
Livshits October 31, 2000
________________________________________
Method and apparatus for adjusting the pH of a liquid
Abstract
A process for adjusting the pH of an aqueous flowable fluid includes an electrochemical mechanism for adjusting the pH of an aqueous flowable fluid and a mechanism for then electrochemically stabilizing the adjusted pH of the fluid. A device for performing the process is also included. The device includes an inlet and a channel in fluid communication with the inlet. The channel has the appearance and properties of a U-shaped connected vessel. The U-shaped connected vessel includes an inlet accumulating passage in fluid communication with an active zone between two spaced electrodes wherein the active zone has a small volume relative to the passage for accelerating fluid flow from the passage through the active zone complying with the physics of connected vessels.
________________________________________
Inventors: Livshits; David (Ashdod, IL)
Assignee: Gemma Industrial Ecology Ltd. (Brooklyn, NY)
Appl. No.: 08/982, 700
Filed: December 2, 1997

Одним із загальних методів створення самовідновлюються матеріалів є використання в їх структурі мікроскопічних капсул, що містять речовину-латку. Коли матеріал ушкоджують, капсули розкриваються і матеріал з них заповнює тріщини і подряпини. Самі вчені порівнюють цей метод з кровотечею з рани живої людини - звідси й назва. Головним його недоліком є те, що матеріал не зможе відновиться, якщо його пошкодити одному і тому ж місці повторно. Крім того, технічно досить складно домогтися, щоб капсули в матеріалі були розподілені рівномірно, тому деякі його ділянки можуть виявитися вразливіші за інших.

У 2001 році вчені з університету Іллінойсу представили пластик, здатний лікувати власні пошкодження описаним способом - він містив безліч капсул з відповідним матеріалом. У 2011 році вчені вдосконалили власну розробку - вони створили матеріал, в якому є ціла система сполучених посудин з матеріалом-латкою. В даний час цей матеріал тестується і, за даними на кінець жовтня 2012 року, досить успішно.

За словами дослідників, їм вдалося домогтися чудових результатів - одна і та ж тріщина заліковує більше 50 разів поспіль. Крім цього, кажуть вчені, їх матеріал можна "перезаправлять". Наскільки така перезаправке буде ефективна, не повідомляється - адже струм, придатний до ушкодженої ділянки, може виявитися заблокованим. Примітно, що створення пластиків з системою пір може служити не тільки у виробництві самовідновлюються матеріалів. Такого роду канали можна використовувати, наприклад, для циркуляції води і зниження температури приладу.

Коригування pH знайшла своє застосування в наступній розробці:

У березні 2012 року в Proceedings of the National Academy of Sciences з'явилася стаття, автори якої запропонували полімер, здатний не тільки затягувати подряпини, але навіть склеювати окремі шматки. Отримана система являє собою гідрогель - молекули полімеру, пов'язані з молекулами води. По суті це речовина, що нагадує за зовнішнім виглядом желе, можна розглядати як густу суспензію частинок у водному середовищі (водну дисперсну середу). Молекули полімеру були забезпечені бічними "відростками", що складаються з гідрофобних і гідрофільних фрагментів - в правильному підборі молекул і полягає "ноу-хау" дослідників.
Під час випробування вчені брали шматки гелю і розрізали їх на кілька частин або пошкоджували їх поверхню. Після цього шматки поміщали у водний розчин. Як виявилося, завдяки боковим відростках в кислому середовищі розрізані шматки склеювалися, а пошкодження затягувалися. Процес склеювання виявився оборотним - у лужному середовищі шматки відклеювалися.

Вчені заявили, що в розчині з правильним pH механічні властивості відновленого шматка не відрізняються від властивостей спочатку цілого фрагмента гелю. Примітно, що процес зрощування відбувається украй швидко

У квітні 2011 року хіміки з Швейцарії створили пластик, який можна "лікувати" ультрафіолетом. Новий пластик ставився до так званих супрамолекулярної речовинам (pdf) - з'єднанням, в яких компоненти самостійно утворюють різні фази (плівки, шари, мембрани, бульбашки або інше).

Вчені змішали метал (цинк або лантан) і полімер з досить малою молекулярною масою (тобто короткими молекулами) і отримали пластик з металевими прошарками. Виявилося, що невелика - товщиною 400 мікрометрів - пластинка такого пластика після 30-секундного впливу досить потужним джерелом ультрафіолетового випромінювання здатна заліковувати подряпини глибиною до 200 мікрометрів (тобто в половину товщини).

Принцип роботи досить простий: при опроміненні ультрафіолетовим світлом атоми металу в пластиці поглинають фотони і перетворять їх у тепло. В результаті пластик розігрівається зсередини і подряпина заплавляются. Дослідники відзначають, що їх пластик поки далекий від впровадження у промисловість. Головною складністю вони називають той факт, що опромінюваним фрагмент повинен бути прозорим, щоб технологія працювала. Крім того, механічні властивості пластика після переплавки можуть відрізнятися від початкових.

Процес пошарової полімеризації, винайдений для створення послідовних ієрархій незалежних полімерних шарів дозволив реально розпочати виготовлення багатошарових оптичних накопичувачів інформації

В якості прикладу наводжу два таких винаходи вже реально використаних у виробництві прототипів таких оптичних дисків

Це перший винахід:

United States Patent Application 20080182060
Kind Code A1
Livshits; David; et al. July 31, 2008
________________________________________
Manufacturing of Multi-Plate For Improved Optical Storage
Abstract
In accordance with the invention a new optical data carrier and methods for its production are provided. The optical data carrier of the invention is characterized in that different plates have different concentrations.
Це другий винахід:
United States Patent Application 20060250934
Kind Code A1
Livshits; David; et al. November 9, 2006
________________________________________
Three dimensional optical information carrier and a method of manufacturing thereof
Abstract

A three dimensional optical information carrier is presented. The information carrier comprises formatting marks disposed on the nodes of a three dimensional lattice formed by the intersection of equiangular spaced radial planes, equidistantly spaced cylindrical spiral tracks and virtual recording planes.

Концепцію біобетона вчені з Делфтського технічного університету в Нідерландах придумали ще років двадцять тому. Основна ідея була наступною: пропонується, щоб в бетоні жили мікроорганізми, які в разі пошкодження без втручання людини зашпаровували утворюються тріщини.

Проблема пошуку та усунення пошкоджень залізобетонних конструкцій - найпопулярнішого матеріалу в будівництві - вкрай актуальна. Мікротріщини, в які потрапляють вода і різні "агресивні іони" (так говорять самі винахідники), з часом призводять до утворення повноцінних тріщин. Це, в свою чергу, відкриває доступ до металевих конструкцій, прихованим в товщі типового залізобетону. Їх руйнування, в свою чергу, суттєво впливає на міцність конструкцій. Учені підрахували, що обслуговування конструкцій обходиться дуже дорого - як в грошовому вираженні, так і з точки зору витрачених людино-годин. Немає нічого дивного, що вони захотіли передоручити цю роботу бактеріям.

На доведення ідеї до практичної реалізації у дослідників пішло багато часу. У цьому немає нічого дивного - їм треба було підібрати правильні організми, забезпечити їх харчуванням. Крім цього продукти життєдіяльності бактерій повинні були бути придатними для забивання дірок. Виявилося, що для такої роботи підходять мікроорганізми роду Bacillus. Бетон містить спори цих організмів, а також гранули лактату кальцію. Крім того, що ця речовина служить джерелом енергії для бактерій, при його переробці утворюється кальцит (одна з форм карбонату кальцію), відкладення якого й заповнюють утворюються в бетоні щілини.

Відповідно, спори оживають у випадку, коли в тріщини потрапляє волога. У сплячому ж стані вони здатні жити в бетоні довгі роки.

Перші лабораторні досліди показали, що бактерії дійсно здатні закладати тріщини кальцитом. При цьому зникають як відносно великі дефекти, так і мікротріщини розміром близько 0,2 міліметрів. Такі тріщини не враховуються нормами будівництва, але, як говорилося вище, з часом здатні розростатися до серйозних розмірів.
Тепер же ученим з Нідерландів належить довести працездатність їх матеріалу на практиці. Це, за їх словами, займе близько трьох років.

Розумне шосе "відрізняється від звичайного застосуванням цілого ряду енергоефективних технологій. Наприклад, дорога не вимагає зовнішніх джерел енергії для освітлення за рахунок використання сяючою в темряві дорожньої розмітки. Люмінесцентна фарба" заряджається "в світлий час доби і в темряві може світитися до 10 годин поспіль . Звичні ліхтарі на дорозі також передбачені, але вони включаються лише при наближенні автомобіля, а потім знову вимикаються. Для додаткового освітлення по периметру дороги запропонували використовувати світлодіоди, що живляться мініатюрними вітряками.

Одним із самих цікавих атрибутів "розумних доріг" стануть погодні індикатори, намальовані сприйнятливою до температурі фарбою. При похолоданні і ризик ожеледі на дорозі проявляться світяться сніжинки. Чи буде шосе "інформувати" водія про інших природних явищах, не уточнюється.

Для підзарядки акумуляторів електромобілів на "розумних шосе" з'являться спеціальні індукційні смуги. Схожі проекти раніше представляли й інші компанії (наприклад, Siemens). Принцип їх роботи в цілому схожий з бездротовою зарядкою мобільних телефонів або електричних зубних щіток. Під дорожнім полотном розмістять індукційні котушки, які будуть взаємодіяти з подібними ж котушками на днище електромобілів (або гібридів) і заряджати батарею.

Як розповіла журналу Wired представниця Studio Roosegaarde, принципово нових розробок у проекті Smart Highway немає. "Дослідження 'розумних' транспортних систем ведуться останні 30 років - запитайте у будь-якого фахівця в галузі транспорту та інфраструктури, самі все дізнаєтеся. Чого не вистачає, так це застосування подібних інновацій на практиці, а також їх доступного і зручного виконання для кінцевих користувачів - водіїв ", - пояснила співбесідниця видання.

За словами самого Даана Роозегаарде, чутлива до температури фарба, наприклад, давно використовується в виготовленні нам звичних речей, включаючи упаковки для дитячого харчування.

Презентація проекту Smart Highway відбулася в рамках виставки Dutch Design Week, яка пройшла з 20 по 28 жовтня в Ейндховені. Як говориться в прес-релізі студії Даана Роозегаарде, з ділянками футуристичної дороги змогли ознайомитися всі відвідувачі заходу.

Як вдалося з'ясувати журналу Wired, перші ділянки експериментальної дороги відкриються в провінції Брабант (очевидно, йдеться про голландської провінції Північний Брабант). Повністю впровадити всі атрибути "розумного шосе" на дослідній ділянці планується протягом п'яти років. Надалі Роозегаарде планує представити аналогічні траси на західному узбережжі США, де компанія Google обкатує свої безпілотні гібриди.
Як пояснили журналу, дороги з люмінесцентним підсвічуванням затребувані у багатьох країнах світу. Зокрема, такі проекти можуть використовуватися в Індії, де регулярно трапляються перебої з електрикою. Придадуться "розумні шосе" і в європейських країнах. За даними The Sunday Telegraph, влада Великобританії вирішили для економії
електроенергії відключати (або приглушувати) дорожнє освітлення після дев'ятої години вечора. При цьому близько 5000 кілометрів британських доріг освітлення позбавлені повністю.

За рахунок скорочення дорожнього освітлення в 2011 році британському дорожньому агентству вдалося заощадити близько 400 тисяч фунтів (646 тисяч доларів). За оцінками Wired, витрати на установку диммеров на дорожні ліхтарі у Великобританії окупляться лише протягом чотирьох-п'яти років. Це час, як пише видання, чиновники цілком могли б витратити на освоєння нових способів заощадити на електриці.