科创院士谈｜冷劲松：材料科学必将从智能材料走向智慧材料

纵观人类文明发展史，材料科学的每一次重大突破都推动了社会生产力的跨越式发展。随着人工智能时代的到来，材料科学也有望迎来又一次飞跃的机会。

9月19日上午，在深圳创新发展研究院“科技创新院士报告厅”活动上，中国科学院院士、哈尔滨工业大学未来技术学院院长冷劲松，围绕“具身智能：智能材料与人工智能”主题作了专题分享。

在冷劲松看来，智能材料已成为新材料领域的前沿方向，而它与人工智能深度融合所形成的“智慧材料”，更将深刻影响人类社会的未来。

智能材料：能感知、会响应、可变化

什么是智能材料（Smart Materials）？

冷劲松回溯了这一概念的发展历程。1989年，日本科学家首次提出智能材料的概念——能够感知环境变化、作出判断、执行指令的新型材料。在他看来，人类自身就是最极致的智能材料系统：“人体拥有作为传感器的皮肤神经、作为驱动器的肌肉组织、作为支撑结构的骨骼，甚至具备自我修复能力(伤口愈合)。”

冷劲松以“能否主动变化”作为区分传统材料与智能材料的关键标准，“能随外界刺激改变形状、软硬、颜色、功能的，才称得上智能材料”。这类材料往往具备感知、驱动与信息处理一体化的特征，无须传统机械或电机结构，仅通过电、磁、光、热、溶液pH值等外界条件即可触发响应。

目前学界共识：与传统“静的”材料不同，智能材料是一类能够“动的”材料，主要包括形状记忆聚合物及其复合材料、电致活性聚合物及其复合材料、形状记忆合金、压电材料及电/磁流变材料等。智能材料具备主动可控变形、变性能和变功能等特点，可为航天航空、生物医疗、增材制造和柔性电子等领域带来变革性和颠覆性的创新。

报告中，冷劲松系统梳理了至少二十类智能材料及其典型应用：

压电材料：可实现电能与机械能相互转换，用于振动控制、精密驱动；

形状记忆合金：如心血管支架，加热后展开支撑血管；

磁致伸缩材料：用于超声换能器与微位移装置；

电流变/磁流变材料：可通过电场/磁场改变黏度，应用于汽车自适应减震器等；

介电弹性体：通电可发生大形变，用于软体机器人仿真运动；

光致变色材料：如波音787舷窗、变色眼镜；

力致变色材料：通过颜色变化可视化应力分布，用于结构监测；

自修复材料：如自愈合汽车保险杠；

形状记忆聚合物：可设计响应温度、光、溶液等不同刺激；

柔性太阳能电池帆板：应用于低轨卫星能源系统；

4D打印结构：随时间或环境改变形态与功能；

人工肌肉材料：用于仿生机器人面部表情控制；

传感型纤维：如汗孔自适应调温服装；

变刚度结构：用于可展开帐篷、应急梯；

智能窗体系：实现自动调光、透气与图案变化；

液态透镜：通过调节折射率实现光学变焦，可用于智能手机；

变形模具与管道：用于复合材料成型及石油井下修复；

防伪标识材料：如热触发三维码、智能瓶塞；

食品级变形材料：如遇水自成型意面、巧克力；

脑机接口执行材料：通过生物电信号控制假肢或外围设备。

这些材料已在航天航空、医疗健康、智能制造、能源电力、建筑家居等领域展现出广阔应用前景。

AI赋能，让材料“活”起来

人工智能技术为智能材料的蝶变提供了可能。

冷劲松介绍，在智能材料的基础上，中国首次提出了“智慧材料（Wise Materials）”的概念。通过对智能材料进行人工智能训练和学习，智慧材料能够实现“类生命”自主决策与响应，具有强生存、强适应、强自主、自生长等特性。

冷劲松说，智慧材料能够感知外部环境并提取有效信息，通过建立深度学习模型进行理解和判断，从而自主作出相应的决策和行动。这种“智能材料+人工智能+类生命特性”的高度集成，不仅能够感知、响应、变形和修复，更具备自决策、自适应甚至自生长能力。

冷劲松展示了智慧材料的多个前瞻应用，如通过肌电信号控制智能材料假肢完成抓握动作；利用眼球运动电信号驱动可变焦距透镜；结合脑机接口，以“意念”操控材料执行喝咖啡等复杂任务。这类系统正逐步模糊生物与非生物的界限，向着具有环境意识、自主响应能力的“类生命材料”演进。

“当前的具身智能系统强调感知、决策与控制，但执行仍依赖传统电机与机械结构。”冷劲松说，“若将执行层替换为智能材料，实现‘机体智能’，就有望真正走向‘身智融合’。”

智慧材料塑造明日世界

基于智慧材料的智慧结构与系统，将赋予高端装备“环境感知、自主决策、自主执行任务”三位一体的能力，引领航天航空、生物医疗和机器人等领域迈入智慧化新时代。

根据多家国际机构预测，到2030年，全球智能材料市场规模最高有望达到2500亿美元。在冷劲松看来，随着AI、脑科学、生物技术的交叉融合，智慧材料将深刻重塑多个产业面貌：

在医疗领域，可降解个性化支架、靶向药物输送系统、组织再生支架等，将实现更精准、更人性化的治疗；

在能源领域，柔性光伏发电装置、海浪发电材料、智能电网监测系统，可助力绿色能源转型；

在日常生活中，自适应家居、智能穿戴、个性化玩具、食品加工等新形态产品，将大幅提升生活品质与趣味性；

在安全防护方面，洪水应急屏障、变形救援设备、结构健康监测系统，可为城市与民众提供更强保障。

冷劲松坦言，目前，中国在基础研究与部分尖端领域（如航天柔性电池板）已国际领先，但在消费品转化、产业生态建设上仍与发达国家存在差距。“材料是基础，但要与终端应用紧密结合。我们需要更多跨学科合作，联动企业加快产品化步伐。”

在报告结尾，冷劲松引用古希腊哲学家赫拉克利特的经典名言——“世界上唯一不变的是变化本身”，来表达他对智慧材料的由衷赞美。

“材料如果能变化，能够适应环境，变成你需要的颜色、形状、软硬、大小、功能，肯定比不变好。”冷劲松说，变比不变好，这正是智能乃至智慧材料的本质魅力。