智能材料的概念最早由高木俊宪于1990年提出，他将其定义为“在最优条件下响应环境变化并根据变化表现出自身功能的材料”。与传统材料相比，智能材料强调其集成的信息特性和与环境的互动。罗伯特·E·纽纳姆和格雷戈里·R·鲁肖进一步指出，智能材料能够感知、驱动甚至学习，以响应环境变化。总体来说，智能材料的核心在于其对环境刺激的响应能力，这与生物体的功能非常相似。

在科幻作品中，智能材料常常被描绘成未来科技的核心元素。在《流浪地球》这部电影中，行星发动机和太空电梯使用了智能材料，这些材料能够在极端环境下自我调节和修复，这使人类能在极端条件下进行大规模工程建设；《黑客帝国》描绘了使用了生物技术和智能有机材料的人机界面，这使得人类能够直接与计算机系统连接和互动。钢铁侠托尼·斯塔克的战衣使用了能根据环境变化调整自身特性的纤维，如温度调节、防水等。这些材料除了能与环境交互外，还降低了使用损耗、提高了材料的利用率。

    人机交互领域的学者对智能材料的探索涵盖了日常生活、STEM教育、安全防护、医疗健康很多方面，为用户实现更可用的交互和个性化定制，为未来产品的研发奠定了高效低成本的理论和实践基础。这些智能材料不仅能够感知和响应环境变化，还能通过与用户的互动不断优化自身性能或提供反馈，如同拥有智慧和思想。

研究者们展示了如何利用智能材料来增强用户体验。例如，一些论文探讨了可变形材料在可穿戴设备中的应用，这些材料可以根据用户的动作和环境变化调整形状和功能，从而提供更舒适和个性化的体验，如基于智能材料的可变显示屏和触觉反馈的增强现实手套等。还有许多研究集中在如何利用智能材料和交互技术来改善健康和福祉，一些智能织物被应用在健康监测中，并能为用户提供个性化的健康建议；柔性电子皮肤的研究也在不断推进，它能感知压力、温度和湿度等多种环境参数，在新型可穿戴设备的开发和机器人中都有良好的应用前景。

发表在IMWUT/UbiComp 2023上的智能支具ThermoFit

航天科技·太空科技研究中心

    智能材料对环境刺激的响应能力不仅限于人工合成的智能材料，天然生物材料也展现出令人惊叹的智能特性。天然生物材料随着环境变化而调整自身特性，这不仅是其作为生命体的优势，也揭示了减少化工材料使用的可能性。

    环保是未来智能材料的主题。例如，Plap项目通过含有珍贵植物种子的明信片，将濒危植物重新引入城市环境。Adam Sheet由苹果渣和PVC混合而成，防水、易缝制、易切割且透光，其色彩随苹果水分和糖含量变化，减少了农业废弃物的环境负担。藻类和细菌在生物智能材料中也备受青睐。BioKnit项目结合生物技术、数字制造和计算，利用菌丝体、纤维素和3D针织作为建筑材料，形成高强度且适应性良好的生物混合结构。学者们还通过3D打印模具培育出碳酸钙生物水泥。设计师Roya Aghighi发明了一种活体可降解织物，附着在衣服上的藻类能进行光合作用并净化空气。生物技术和建筑环境中心的团队正在探索如何利用真菌、细菌和物理学对3D针织面料进行编程和结构应用。

BioKnit项目生产的生物拱结构

Roya Aghighi发明的藻类织物

  "新太空家园"  

材料革命 Material Revolution 

展区介绍

    “材料革命”是一场由物本形式走向虚构未来的未来旅行，是实现材料在火星场景下可持续使命的展望，更是对未来火星殖民愿景的一次大胆设想。该板块由3段故事描绘了在不远的未来，人类火星探测机器人携带休眠生命，依托高科技材料成功着陆火星，并打造新型农业生态，最后培育出用于构建未来星际日常生活的新型材料。材料革命的展示，不仅激发了人们对人类探索宇宙的无限想象，也促使我们深思如何将可持续发展的理念应用于未来的太空探索和地球上。它提醒我们，在追求科技突破的同时，更应关注科技如何服务于人类的长远福祉和环境的可持续性。

欢迎您9月30日～10月23日走到

“未来图景2024：新太空家园”

展览现场，

共同设计未来图景！