ІНТЕЛЕКТУА́ЛЬНІ МАТЕРІА́ЛИ Інша назва — ро­зумні матеріали (від англійського smart, intelligent materials). Концепція інтелектуальних матеріалів, а також структур і систем на їхній основі, виникла та набула пошире­н­ня на­прикінці 20 ст. під час роз­витку нових галузей фізики твердого тіла та матеріало­знавства. В класифікації матеріалів ви­окремлюють: кон­струкційні, які забезпечують збереже­н­ня роз­мірів і форми кон­струкцій в умовах зовнішніх (механічних, теплових, хімічних та ін.) впливів; функціональні матеріали, здатні виконувати певні функції, повʼязані з різноманітними фізичними явищами (пʼєзо­електрика, електро- і магнітострикція, термо­електрика, памʼять форми, надпружність та ін.), що не обмежується лише структурно-механічними властивостями. На­ступним кроком перед інтелектуальними матеріалами були поліфункціональні матеріали з фізичними властивостями, які забезпечують наявність кількох взаємоповʼязаних функцій. Існують певні роз­біжності у за­пропонованих різними матеріало­знавцями дефініціях поня­т­тя «інтелектуального матеріалу», однак загальним є те, що ці матеріали мають здатність реагувати на зміну стану довкі­л­ля зміною своїх функціональних характеристик. Ще більшою мірою це стосується структур на основі інтелектуальних матеріалів, які є повноцін­ними інтегрованими системами з елементами для збира­н­ня та обробле­н­ня інформації і здатні виконувати певні «інтелектуальні» дії. «Інтелектуальна» реакція на зовнішнє втруча­н­ня вимагає складної внутрішньої організації системи, тому інтелектуальні структури створюють шляхом комбінації матеріалів різноманітних класів (металів, кераміки, полімерів, біо­матеріалів). Інтеграції «інтелектуальних» функцій на більш локальному рівні можна досягнути за допомогою біо­імітаційних і нано­структурних технологій. Сучасне поколі­н­ня інтелектуальних матеріалів і структур на їхній основі має пере­важно декілька характерних складових: вбудовані в структурний матеріал або прикріплені до його поверх­ні датчики (чутливі елементи) та приводи (виконавчі елементи, за­звичай збуджуються зовнішнім впливом, їхні функції можуть також виконувати без­посередньо гібридні матеріали, які одночасно мають кон­струкційні і функціональні властивості), один або декілька мікро­процесорів та ка­нали пере­дава­н­ня даних, які забезпечують керівні властивості внаслідок зворотного звʼязку між зовнішнім впливом і реакцією структури на нього. «Інтелектуальність» матеріалу реалізують за допомогою абсолютно різних складових через низку механізмів: кри­сталічні (зміни виникають в орієнтації кри­сталів, атомній конфігурації та між­атомних від­станях; у випадку полімерних матеріалів молекулярний ланцюжок може бути пере­конфігурований, напр., із згорнутого стану в роз­горнутий), молекулярні (спричинені роз­ривом молекулярних ланцюжків, пере­конфігурацією внутрішньомолекулярних звʼязків і від­станей), мікро­скопічні (від­буваються завдяки дифузії або обʼємному пере­несен­ню рідин і ультра­дрібних порошків), поверх­ні роз­межува­н­ня (в результаті взаємодії з довкі­л­лям; належать до явищ на границях зерен, а також реакцій на поверх­ні матеріалу), складу (завдяки су­провід­ним хімічним реакціям між матеріалом і навколишнім середовищем на поверх­ні роз­межува­н­ня), енергії (напр., ви­промінюва­н­ня фотонів або електронів; також ініціюються взаємодією між матеріалом і довкі­л­лям на поверх­ні роз­межува­н­ня), пере­несе­н­ня іонів (іони або атоми можуть транс­формуватися в матеріалах, а групи радикалів пере­носитися вздовж полімерних ланцюжків) і заряду (пере­носиться вздовж полімерних ланцюжків у органічних матеріалах; у металах, напр., пере­біг цього процесу з на­ступним накопиче­н­ням від­бувається за допомогою електро­провід­ності), електрон­ної структури (пере­орієнтація електрон­них спінів може призводити до зміни магнітних властивостей матеріалу), матеріальних сталих (напр., коефіцієнта теплового роз­шире­н­ня, точки плавле­н­ня монолітного матеріалу, температур Кюрі пʼєзо­електричного матеріалу і склува­н­ня полімерного матеріалу; внаслідок цього виявляють механізми «інтелектуальності» матеріалу). Най­складнішим при створен­ні інтелектуальних матеріалів і систем на їхній основі є забезпече­н­ня зворотного звʼязку між зовнішнім впливом і реакцією обʼєкта на нього. Зокрема стан гомео­стазу біо­логічних систем залежить від зворотного звʼязку, коли сенсорну інформацію у вхідному і вихідному станах системи порівнюють і використовують у керівній схемі. Біо­логічні системи роз­виваються, зберігаючи інтегрований досвід на ген­ному рівні. Інтелектуальні матеріали повин­ні імітувати цю стратегію, пропонуючи нові «інтелектуальні» функції в матеріалах, які за­знають зміни структури. Можливе викори­ста­н­ня цих властивостей для створе­н­ня матеріалів, які за­про­грамовані на заверше­н­ня своєї функціональної поведінки у від­повідь на зміни у зовнішньому середовищі. Серед функціональних матеріалів, які за­стосовують для створе­н­ня нових інтелектуальних матеріалів, — пʼєзо­електричні (їм властиві прямий і зворотний ефекти, під впливом електричного заряду за­знають деякої механічної зміни та навпаки), електрострикційні (мають ті ж властивості, що й пʼєзо­електричні, але їхні механічні зміни пропорційні квадрату електричного поля (пере­міще­н­ня завжди від­бувається в одному напрямку), магнітострикційні (під впливом магнітного поля за­знають індуктивних механічних деформацій та навпаки; використовують як датчики або приводи), сплави з памʼя­т­тю форми (під впливом теплового поля за­знають фазових пере­творень, що спричиняють зміну форми; вони деформуються до «мартенситного» стану при низькій температурі та від­новлюють вихідну форму в «аустенітному» стані при на­гріван­ні до високої температури), оптичні волокна (використовують інтенсивність, частоту, фазу або поляризацію модуляції для зміни деформації, температури, електричних або магнітних полів, тиску та інших величин, які вимірюються; найточніші датчики). Матеріали набувають «інтелектуальності», коли побудовані на їхній основі чутливі та виконавчі елементи обʼ­єд­нуються в інтелектуальну структуру для досягне­н­ня необхідної роз­ширеної функціональності. Така система, з додава­н­ням від­повід­ної логіки керува­н­ня, діє перед­бачено та від­повід­но до моделі, яка імітує певну біо­логічну функцію.