Экспертное заключение подготовлено по итогам сессии ФБТ-2025 «Интеллектуальные, адаптивные материалы и покрытия».
Умные материалы
К умным или интеллектуальным можно отнести материалы, которые не только имеют заданный комплекс свойств, но и несут определенные функции, а также способны реагировать на воздействие внешних факторов (адаптироваться), менять свои свойства, такие как форма, плотность, структура, оптические свойства и др. программируемым образом. К таким материалам могут относиться сплавы с эффектом памяти, природоподобные материалы (nature-inspired materials), самовосстанавливающиеся материалы (self-healing materials), материалы с фазовым переходом (PCM) и др.
Актуальность разработок умных материалов обусловлена их потенциалом к трансформации различных отраслей промышленности и стимулированию инноваций. Материалы, способные адаптироваться к внешним условиям и выполнять дополнительные функции помимо традиционных механических свойств, открывают новые горизонты для разработки продуктов и технологий. Они могут реагировать на изменения окружающей среды: температура, давление, влажность и другие факторы и проявлять различные функции в ответ на такие воздействия, что делает их незаменимыми в условиях постоянно меняющихся требований рынка и задач производства.
Значение умных материалов для будущего промышленности и инноваций заключается в их способности повышать эффективность, надёжность и безопасность конструкций, изделий и даже производственных процессов. Они находят применение в аэрокосмической отрасли, медицине, энергетике, строительстве и многих других сферах. Использование умных материалов позволяет создавать более лёгкие, прочные и долговечные конструкции, а также разрабатывать новые продукты с уникальными свойствами. Это, в свою очередь, способствует развитию новых рынков и бизнес-моделей, стимулируя экономический рост и позволяет обеспечить технологическое лидерство страны.
Природоподобные технологии как основа для создания новых материалов и структур
Природа как самоорганизующаяся система, предусмотрела множество функциональных свойств в своих материалах. Живые организмы и природные материалы обладают рядом уникальных характеристик, которые делают их наиболее оптимальными для адаптации к окружающей среде и различным воздействиям. Эти свойства могут быть эффективно заимствованы и применены для создания материалов будущего. В своем выступлении Директор Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ Анатолий Анатольевич Попович отметил, что в 2025 году термин «Интеллектуальные материалы» актуален в большей степени для природоподобных материалов, а не для традиционных уже сплавов с эффектом памяти. Природоподобные материалы не являются монолитными; они обладают сложной структурой и градиентными свойствами. Это позволяет им эффективно реагировать на изменения окружающей среды, так, например, древесина имеет градиентную структуру, которая обеспечивает ей прочность и гибкость, кости благодаря пористой структуре позволяют выдерживать большие нагрузки при малом весе. Природные материалы зачастую превосходят по характеристикам классические материалы для промышленности, созданные человеком [1]. Классические технологии материаловедения, как правило, создают однородные, монолитные структуры. Однако технические изделия часто сталкиваются с градиентным воздействием, таким как, например, лопатки турбин подвергаются градиентному воздействию температур. Для изготовления подобных изделий материалы градиентной структурой более эффективны.
Интеграция цифровых технологий в традиционное материаловедение
Современное материаловедение не может существовать в отрыве от цифровых технологий. Традиционные однородные сплавы становятся менее востребованными, материаловедение становится более персонализированным под конкретные задачи производства. Интеграция цифровых технологий в традиционное материаловедение открывает новые горизонты для создания материалов будущего [2]. Цифровые аддитивные технологии, такие как 3D-печать, мультипечать позволяют создавать материалы и конструкции со сложной геометрией и уникальными свойствами [3]. Это даёт возможность получить материалы, которые ранее были недоступны для производства с использованием традиционных методов.
Как отметил старший преподаватель Сколтеха Евлашин Станислав Александрович, слоистые материалы с прослойками, выполняющими ту или иную функцию, особенно актуальны в машиностроении, авиастроении, космической промышленности. Наиболее оптимальной технологией для их создания является технология прямого лазерного выращивания, во время которого можно менять состав материала в непрерывном формате.
Материалы будущего — это материалы-конструкции, которые могут быть созданы с применением цифровых технологий. Они могут иметь структуру, максимально приближенную к природным материалам, что позволяет им обладать уникальными свойствами, такими как прочность, лёгкость, устойчивость к внешним воздействиям и т. д.
Цифровые аддитивные технологии, такие как 3D-печать, мультипечать позволяют создавать материалы с градиентной структурой. Это означает, что свойства материала могут изменяться в зависимости от его местоположения в конструкции. Например, можно создать материал, который будет более прочным в одних областях и более гибким в других.
В процессе проектирования материалов будущего конструктор, проектирующий изделие, задаёт необходимые свойства, а материаловед разрабатывает состав и структуру материала, учитывая заданные параметры. Это позволяет создавать материалы, которые идеально подходят для конкретных задач и условий эксплуатации.
Постсанкционный период
Отдельно стоит отметить важность постсанкционного периода, в который мы входим. С началом санкций перед страной встали задачи прежде всего по замещению материалов и изделий. Сейчас перед нами стоят вызовы по достижению лидерства и превосходства в области материалооведения, как отметил Президент Владимир Владимирович Путин «Россия должна предлагать инновационные и конкурентоспособные продукты и иметь „уникальные технологические ключи“, чтобы выпускать продукцию самых высоких стандартов и быть в лидерах научно-технологического развития — именно эта задача сегодня стоит перед страной» [4]
https://объясняем.рф/articles/news/vladimir-putin-nuzhno-dobitsya-prevoskhodstva-v-oblasti-khimii-i-...;
Постсанкционное развитие материаловедения имеет критическое значение для укрепления промышленного потенциала и обеспечения технологической независимости страны. В условиях ограничений на импорт передовых материалов и технологий отечественным производителям необходимо не просто создавать конкурентные аналоги, но и стремиться к инновациям, опережая мировые тенденции. Это требует значительных инвестиций в исследования и разработки, а также в подготовку высококвалифицированных специалистов в области материаловедения.
Прогноз развития умных материалов и их влияния на будущее промышленности и инноваций.
- Будущее материаловедения за умными и адаптивными материалами, способными реагировать на внешние условия и изменять свои свойства в зависимости от окружающей среды. Такие материалы открывают новые возможности для создания высокотехнологичных продуктов с уникальными характеристиками, которые могут найти применение в различных отраслях — от медицины до аэрокосмической промышленности.
- Работая на опережения, делая вложения в науку и разработку новых материалов, отечественные производители смогут не только преодолеть текущие вызовы, но и занять лидирующие позиции на мировом рынке после снятия санкций.
- Материалы будущего будут создаваться с учётом уникальных свойств природных материалов и с использованием цифровых аддитивных технологий
- Материалы будущего будут не просто качественными и обладать определённым набором характеристик, они будут прежде всего функциональными, то есть нести в себе дополнительные возможности и функции: изменять свои физические характеристики в ответ на воздействие температуры или света, или даже интегрироваться с электронными системами для выполнения сложных функций.
Функциональные материалы открывают новые горизонты для инноваций и создания продуктов с уникальными возможностями. Они могут применяться в различных областях, таких как медицина, энергетика, транспорт и строительство, улучшая эффективность и надёжность систем, а также способствуя развитию новых технологий и решений.
Список источников:
1. Jiandong Cui, Yan Xia, Yingqing Yu, Hong Xu, Nan Zhang, Zhiwei Tuo, Zirui Liu, Zhaohua Lin, Suqian Ma, Yunhong Liang, Luquan Ren, Preparation and Application of Nature-inspired High-performance Mechanical Materials // Acta Biomaterialia,2025,
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2025.01.007
2. Reem Ashima, Abid Haleem, Shashi Bahl, Mohd Javaid, Sunil Kumar Mahla, Someet Singh, Automation and manufacturing of smart materials in additive manufacturing technologies using Internet of Things towards the adoption of industry 4.0, // Materials Today: Proceedings, Volume 45, Part 6, 2021,Pages 5081-5088,
https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.01.583.
3. Kewei Song, Chunfeng Xiong, Ze Zhang, Kunlin Wu, Weiyang Wan, Yifan Wang, Shinjiro Umezu, Hirotaka Sato, Multi-material 4D printing and 3D patterned metallization enables smart architectures // Composites Part B: Engineering, Volume 295, 2025, 112218,
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112218
4. Владимир Путин: нужно добиться превосходства в области химии и создания новых материалов
https://объясняем.рф/articles/news/vladimir-putin-nuzhno-dobitsya-prevoskhodstva-v-oblasti-khimii-i-...
Экспертные аналитические заключения по итогам сессий деловой программы Форума и любые рекомендации, предоставленные экспертами и опубликованные на сайте Фонда Росконгресс являются выражением мнения данных специалистов, основанном, среди прочего, на толковании ими действующего законодательства, по поводу которого дается заключение. Указанная точка зрения может не совпадать с точкой зрения руководства и/или специалистов Фонда Росконгресс, представителей налоговых, судебных, иных контролирующих органов, а равно и с мнением третьих лиц, включая иных специалистов. Фонд Росконгресс не несет ответственности за недостоверность публикуемых данных и любые возможные убытки, понесенные лицами в результате применения публикуемых заключений и следования таким рекомендациям.
