硬件的自我修复

如果坐下来时听到嘎吱嘎吱的声音，一般来说这不是我们的老骨头发出的声音，更可能是口袋中的智能手机与一串钥匙不幸产生了摩擦。其结果不言而喻，智能手机的结局将很悲惨，屏幕很可能被划伤，即使摩擦的力度不大，手机的正面或背面仍有可能留下划痕。根据相关设备供应商的报告，智能手机的屏幕越来越大，甚至一些产品还采用了玻璃背板，如iPhone 4等智能手机，玻璃损坏的情况比以往的手机更普遍，损伤的机率约是以往手机的2倍。

日产汽车公司在2012年年初的一种新材料或许能够减轻智能手机受到的损伤，该公司与高科技软材料公司合作研发的iPhone保护套，具有自行修复划痕的能力。该产品的原型来自日产汽车公司多年来一直致力开发的汽车保护涂料，其技术原理非常简单，保护套由特殊的ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymer，中文名称为丙烯晴、丁二烯、苯乙烯聚合物工程塑料）材料制成，它的表层是一个透明的保护涂层，该保护涂层非常有弹性，当受到可能产生划痕等损伤的外力时，在外部强大压力的作用下，涂层将收缩和吸收外部的冲击。在外力作用之后，涂层将慢慢再次扩大并尝试恢复原状。通过这种简单的方式，保护套上细微的划痕可以在几个小时内完全消失，而更深一些的损伤可能需要更长的时间，例如数天或数周后才能够恢复如初。只有比较严重的损伤，才有可能在外壳上留下无法修复的痕迹。目前，该产品已经提供给媒体以及一些消费者进行测试，按照日产汽车公司的计划，近期将开始销售这款保护套，但具体的价格仍未公布。

目前，我们已经能够买到的是由一家名为Scosche的公司推出的一款自修复保护膜RecoverSkin，该产品采用硅制成，使用该产品，细小的划痕将在几秒钟内消失。不过，保护膜无法应付更深的划痕，在使用一段时间之后保护膜仍然会布满划痕，必须更换。不过，通过上述产品，我们可以发现，能够自修复的硬件已经离我们不再遥远。

新型自修复塑料

多年来，IBM和戴尔等计算机行业的公司已经花费了数百万欧元开发自修复硬件。然而，计算机行业并不是自修复材料发展的最大推动力，日产汽车公司之类的汽车制造商也不是最大的幕后推手，真正的领头羊是飞机和宇宙飞船的制造商。一直以来，伊利诺伊州大学和纽约大学都在致力于研究应用行器的裂缝自修复材料，这种材料必须能够在无人干预的情况下发现飞行器上需要修复的细小裂纹，并实施有效的修复。这些问题在15年前，对当时的研究人员来说实在是太复杂了，但微观领域的技术和纳米材料等改变了这一切，大约10年前，美国航空航天局成立了一个研究单位，希望参照生物系统的自愈功能，研究自修复塑料。

其想法是在现有零件外部添加一个额外的塑料保护层，保护层内部使用增强的纤维材料制成，并包含大量装有液体粘合剂的小胶囊，当塑料出现裂纹时胶囊将会同时被撕裂，以环氧树脂为主的液体粘合剂将流出并填补出现的孔隙，在粘合剂固化之后即可修复塑料的保护层。

触发修复的催化剂

上面介绍的自修复塑料从理论上看似乎很简单，但是实际研发过程中研究人员也遇到了很多困难。首先，粘合剂必须能够固化并保持稳定，这样才能够起到修复的作用，同时又要求胶囊中的粘合剂必须是液态的，这样才能够在胶囊撕裂后流出来填补孔隙。因而，既要保证封闭胶囊中的粘合剂能够长期保持液态，同时又要确保胶囊撕裂后流出的粘合剂能够快速固化。为此，研究人员希望找到一种能够触发粘合剂固化的催化剂来解决这一问题，让粘合剂只有在特定催化剂的影响下才会触发固化的反应。

为了找到合适的催化剂，研究人员进行了大量的实验，例如使用金属钌来触发塑料的聚合反应，或者采用天然的催化剂，例如阳光中的紫外线，通过一个能够阻挡紫外线的胶囊保护内部的粘合剂一直处于液态，而当胶囊被撕裂后粘接剂与紫外线发生反应，固化并填补孔隙。瑞士弗赖堡大学和克利夫兰的凯斯西储大学目前正在进行这方面的研究，他们设计出一种塑料与金属的聚合物，能够将紫外线作为催化剂。但是粘合剂固化的速度不够快仍然是一个问题，目前，相关的技术材料需要约几个小时才能够完全固化并修复裂缝，对行器来说，这时间未免有点太长，不过，对于iPhone之类的设备外壳来说，倒是可以接受的。

粘合剂的血管系统

解决了催化剂的问题，通过微型胶囊实现自修复的材料看起来已经很不错了。但事实上这种材料存在一个很大的缺点，那就是在一个特定的位置仅能够有一次自修复动作。因为胶囊撕开一次后，同一位置产生新的裂痕时，胶囊中由于没有了修复液将无法再次起到修复的作用。不过，研究人员已经找到了解决这一问题的办法，例如，在伊利诺伊州大学，研究人员开始尝试使用微细血管系统，他们让薄薄的网状细管贯穿整个塑料保护层，像人体的血管一样布满全身，并且让粘合剂能够像人体血管中的血液一样流动，这样粘合剂不会在一个特定的位置被耗尽，也就是能够一直保持修复功能。

自修复材料目前主要有两个发展趋势，其中一组研究人员致力于开发新的材料，而另一组研究人员则致力于为现有的材料加入自修复能力。美国亚利桑那州立大学的研究人员属于后者，他们尝试在保护材料中嵌入细光纤网络，并通过传感器检测材料中损坏的位置，需要时可以通过一种激光器发送红外光进入光纤网络并激活修复功能。

在目前的自修复材料研究中，如何确定材料自身出现损伤仍然是一个比较大的问题。采用微型胶囊的自修复塑料看似解决了这一问题，但实际上那仅仅是由于在保护层受到伤害时胶囊也同时被撕裂了。为了让自修复材料能够识别自身受到的伤害，研究人员尝试了各种方法，例如利用氧化作用，他们设计了使用多种金属和更坚固的陶瓷制成的超薄材料，当陶瓷层出现损伤时，空气中的氧气将渗透到材料内部，这将导致化学反应，而被氧化的金属将修复损伤的部位。

自修复电脑芯片

将自修复材料应用行器的零部件，目前来看这至少是10年以后的事情，反倒是计算机行业可能可以很快地应用相关的技术。例如电脑芯片出现故障大多是由于个别的连接线接触不良所导致的，研究人员已经发现，可以使用类似上面所介绍的微型胶囊技术来修复芯片。

只需要在胶囊中加入金属合金，当连接中断时，金属塑料材料会自动流到断裂点，即可重新建立连接。不过，具体什么时候这些材料能够真正应用到电脑芯片上仍是个未知数，首先设备制造商是否有兴趣生产更耐用的产品是一个问题，其次自修复材料的生产成本目前仍然比较昂贵。

自修复软件

自修复硬件目前还很难在市场上看到，不过，在我们的电脑上有很多软件已经具备自修复能力。

更新：Windows操作系统已经在好几个地方添加了自修复功能，首先是自动更新功能，用户只需要在安装好系统之后激活该功能即可，它将自动在后台运行，定期检查是否有新的更新程序，自动下载更新补丁，并自动修复系统漏洞。其次，当系统发生严重的错误时，默认设置下系统将自动重新启动。虽然重新启动未必能够解决所有问题，但是很多时候重启是有效的。

驱动：操作系统对于驱动程序的修复功能不如自动更新功能理想，但是Windows也提供了记住设备安装的驱动程序，并在必要时提供恢复功能的选项，或者在一个不正确的驱动程序被安装到系统中之后，自动检测并搜索真正适合该设备的驱动程序。

文件系统：Windows系统使用的部分文件系统同样有自修复功能，例如NTFS，系统将检测文件系统的信息，并尝试在文件系统出现错误时进行恢复。如果无法解决在硬盘上检测到的错误，那么Windows将会在重新启动时通过磁盘工具软件CHKDSK进行检查和修复。

存储：Storage Spaces（存储空间）是Windows 8的一个新功能，可以将几个硬盘组合成一个大的存储空间，其优点在于如果存储空间中的一个硬盘出现问题，那么用户只需要更换有问题的硬盘，之后即可通过其他硬盘的数据重建整个存储空间中的数据。其功能与磁盘阵列（RAID）系统相似，但是使用起来更简单。

容错硬件

自我修复的硬件是未来的事物，今天的硬件虽然不能够自我修复，却也能够尽可能地提高容错的能力，确保在出现问题时也能够继续正常地工作。固态硬盘就是一个典型的例子，由于固态硬盘的存储单元寿命有限，所以为了避免个别存储单元的寿命耗尽导致整个固态硬盘不能使用，固态硬盘控制器能够识别出寿命耗尽或者存在缺陷的存储单元，将这些存储单元标记不再使用，并使用备用的存储单元取而代之。

自优化系统

很多时候，修复划痕要比修复系统简单得多。自优化系统比自修复材料更有意思，所谓自优化系统也就是能够根据需要不断地自动调整完善自身的系统，最简单的例子是Windows的启动加速功能，为了实现更快的启动，系统将调整启动时所需文件的存储位置，确保启动时能够更快速地存取这些文件。又例如，新一代的LTE移动通讯网络，该网络不再只是努力地去覆盖整个区域，而是懂得调整火力，照顾用户更密集区域的需要。自优化系统需要机械工程师、电脑专家和数学家共同研究和合作开发，因此，帕德博恩大学的合作研究中心正努力地研发未来能够用于组织和协调各领域开发人员的智能设备。