قصد داشتیم که در این مقاله به معرفی کاملی از هر دو نوع مواد هوشمند بپردازیم، اما از آنجایی که مطالب قابل توجه زیادی وجود داشت تصمیم گرفتیم که به هرکدام یک نوشتار کامل را اختصاص دهیم. در این نوشتار با دو دسته از مواد هوشمند نوع اول آشنا خواهیم شد که آشنایی با آنها دید مناسبی از نحوه عملکرد سایر مواد این گروه به ما خواهد داد:

مواد کرومیک
یکی از جالبترین دسته‌های مواد هوشمند که بسیار هم مورد توجه قرار می‌گیرد مواد با قابلیت تغییر رنگ نام دارد. این مواد را می‌توان در دسته‌های زیر تقسیم بندی کرد:

جدول 1: انواع مواد کرومیک

نکته‌ای که باید در ای زمینه دقت کنیم این است که در واقع تغییر رنگی که از آن نام می‌بریم در واقع تغییر خصوصیات نوری این مواد مانند ضریب جذب، قابلیت بازتاب و یا شکست است. در واقع چیزی که ما از رنگ می‌دانیم به منبع نور و طبیعت چشممان مربوط است و این تغییر رنگ در اثر یک تغییر ساختار در این مواد است. در ادامه کمی بیشتر با این مواد آشنا می‌شویم:
• مواد فتوکرومیک: این مواد در برابر جذب انرژی تابشی تغییر در ساختار شیمیایی‌شان ایجاد می‌شود و از ساختاری با یک میزان جذب مشخص به ساختاری متفاوت با میزان جذب متفاوتی تبدیل می‌شوند. مولکولهای مورد استفاده در حالت غیرفعال بی‌رنگ هستند و وقتی در معرض فوتونهای با طول موج خاص قرار گیرند به صورت برانگیخته در می‌آیند و شرایط بازتاب آنها متفاوت می‌شود. با از میان رفتن منبع ماوراء بنفش مولکول به حالت اولیه بر می‌گردد. برای نمونه تغییر ساختار یک ماده فوتوکرومیک در شکل 1 نشان داده شده است. کاربرد اصلی مواد فتوکرومیک در عینکها و همچنین پنجره برخی از ساختمانهاست.

شکل1: تغییر ساختار یک ماده فتوکرومیک در برابر اشعه ماوراء بنفش

• مواد ترموکرومیک: این مواد گرما را جذب کرده و تغییرات شیمیایی و یا تغییر فاز می‌دهند. نکته مهم این است که این تغییرات بازگشت‌پذیرند و با تغییرات دما دچار این تغییرات می‌شوند. شاید به دماسنجهایی نواری برخورد کرده باشید. در اصطلاح علمی به آنها ترمومتر گفته می‌شود که با گذاشتن آن بر روی بدن تغییر رنگ داده و عدد دمای بدن را نمایش می‌دهد و با برداشتن آن از روی بدن به حالت عادی بر می‌گردد. شکل 2 نیز نمونه دیگری از این مواد است.

شکل 2: صندلیهای گرمایی از رنگهای ترموکرومیک استفاده می‌کنند که با
دمای بدن تغییر رنگ می‌دهند و پس از مدتی به حالت ابتدایی بر می‌گردند.

• مواد مکانوکرومیک و کموکرومیک: در مورد این دو نوع مواد دو مثال جالب وجود دارد. مواد مکانوکرومیک با تغییرات فشار و یا تغییر شکل خصوصیات بازتابی متفاوتی از خود نشان می‌دهند و محصولاتی از آنها تولید شده است که تحت فشار و یا کشش خاص متنی که در آنها مخفی شده نشان داده می‌شود. در مورد مواد کموکرومیک هم حتما با نام کاغذهای تورنسل آشنا هستید که در محیطهای بازی و اسیدی رنگهای متفاوتی از خود نشان می‌دهند (شکل 3).

شکل 3: کاغذ تورنسل در محیطهای اسیدی و بازی

• مواد الکتروکرومیک: الکتروکرومیک به طور گسترده‌ای به موادی گفته می‌شود که در اثر قرار گرفتن در یک جریان و یا اختلاف پتانسیل الکتریکی رنگ آنها به طور بازگشت‌پذیر تغییر کند. به عنوان مثال پنجره‌های الکتروکرومیک به وسیله الکتریسیته روشن یا تار می‌شوند. این مواد از یک جزء تشکیل نشده‌اند و معمولا به صورت چند لایه از مواد هستند که با یکدیگر کار می‌کنند. در شکل 4 شماتیک نحوه عملکرد این نوع مواد نشان داده شده است که فکر می‌کنیم خود شکل تقریبا گویاست.

شکل 4: نحوه عملکرد یک شیشه الکتروکرومیک

مواد حافظه دار
یکی از معروفترون آلیاژهای حافظه دار ماده‌ای به نام نیتینول است که از آن به صورت سیمی استفاده می‌شود. در نگاه اول این سیمها همانند سیمهای معمولی به نظر می‌آیند که به راحتی تغییر شکل می‌دهند و رسانای الکتریسیته نیز هستند؛ اما در مقایسه با سیمهای معمولی فولادی و مسی بسیار گرانتر هستند. دو مشخصه در این سیمها وجود دارد که آنها را از سایر سمها متفاوت می‌کند:
1- این سیمها حافظه دارند. به عنوان مثال می‌توان آنها را به هر شکلی در آورد و سپس با گرم کردن آنها تا دمای بالای 90 درجه سانتیگراد به حالت اولیه‌شان برگرداند (شکل 5).

شکل 5: نمایی از پیدا کردن شکل اولیه سیمهای حافظه دار به وسیله گرم کردن

2- این نکته که شاید جالب‌تر هم باشد این است که می‌توان این سیمها را برنامه‌ریزی کرد تا شکل خاصی را به خاطر بسپارند! این کار به این صورت انجام می‌شود که شکل دلخواهمان را به سیم می‌دهیم و سپس سیم را به مدت تقریبی 5 دقیقه با دمای 150 درجه سانتیگراد گرما می‌دهیم یا جریان الکتریسیته را از آن عبور می‌دهیم. حالا می‌توانیم سیم را به هر شکل دیگری درآوریم و برای برگشت آن به شکل اولیه کافی است آن را در آب داغ بیندازیم (شکل 6).

شکل 6: برنامه‌ریزی سیمهای حافظه دار

دسته دیگری از مواد حافظه دار سیمهای ماهیچه‌ای هستند که از آلیاژهای نیکل و تیتانیوم ساخته شده‌اند و در دمای اتاق به راحتی می‌توان آنها را تغییر شکل داد. نکته‌ای که این مواد را جذاب می‌کند این است که با عبور جریان الکتریسیته با نیروی خوبی (که می‌توان از آن استفاده کرد) به شکل اولیه خود برمی‌گردند. اگر بخواهید دقیقتر بدانید باید بگوییم که این سیمها اگر تا 8 درصد اندازه اولیه‌شان کشیده شوند بازهم می‌توانند به حالت اولیه باز گردند اما استفاده‌هایی که از آنها می‌شود تغییر طولهای در حدود 3 تا 5 درصد طول اولیه است. در شکلهای زیر کاربردهایی از این مواد را می‌بینید.

شکل 7: ترکیب یک سیم ماهیچه‌ای، یک وزنه، یک باتری و کلیدی که جریان را قطع و وصل می‌کند

شکل 8: سیمهای هوشمند به کمک یک برد الکترونیکی می‌توانند باز و بسته شدن یک دست را نشان دهند.

شکل 9: استفاده از سیمهای ماهیچه‌ای برای باز و بسته کردن مسیرها

مبحث ماهیچه‌های مصنوعی مبحث بسیار جالبی است. پروفسور محسن شاهین‌پور از اساتید برجسته در این زمینه هستند که چندی پیش سمیناری را در دانشگاه امیرکبیر در این زمینه برگزار کردند.