En metalurgia , una aleación con memoria de forma ( SMA ) es una aleación que puede deformarse en frío pero que vuelve a su forma predeformada ("recordada") cuando se calienta. También se le conoce con otros nombres, como metal con memoria , aleación con memoria , metal inteligente , aleación inteligente y cable muscular . [ cita necesaria ] La "geometría memorizada" se puede modificar fijando la geometría deseada y sometiéndola a un tratamiento térmico; por ejemplo, se puede enseñar a un cable a memorizar la forma de un resorte helicoidal.
Las piezas fabricadas con aleaciones con memoria de forma pueden ser alternativas ligeras y de estado sólido a los actuadores convencionales , como los sistemas hidráulicos , neumáticos y basados en motores. También se pueden usar para hacer juntas herméticas en tubos metálicos y también pueden reemplazar un circuito cerrado de sensor-actuador para controlar la temperatura del agua regulando la relación de flujo de agua fría y caliente.
Las dos aleaciones con memoria de forma más frecuentes son cobre - aluminio - níquel y níquel - titanio ( NiTi ), pero las SMA también se pueden crear aleando zinc , cobre , oro y hierro . Aunque los SMA a base de hierro y cobre, como Fe -Mn-Si, Cu-Zn-Al y Cu-Al-Ni, están disponibles comercialmente y son más baratos que el NiTi, los SMA a base de NiTi son preferibles para la mayoría de las aplicaciones debido a su estabilidad y viabilidad [1] [2] [3], así como su rendimiento termomecánico superior. [4] Los SMA pueden existir en dos fases diferentes, con tres estructuras cristalinas diferentes (es decir, martensita maclada, martensita desmallada y austenita) y seis transformaciones posibles. [5] [6] El comportamiento termomecánico de los SMA se rige por una transformación de fase entre la austenita y la martensita.
Las aleaciones de NiTi cambian de austenita a martensita al enfriarse a partir de una temperatura inferior a M s ; M f es la temperatura a la que se completa la transición a martensita tras el enfriamiento. Por consiguiente, durante el calentamiento A s y Af son las temperaturas a las que comienza y finaliza la transformación de martensita a austenita.
La aplicación de una carga mecánica a la martensita provoca una reorientación de los cristales, denominada “desemparejamiento”, que da como resultado una deformación que no se recupera (recuerda) después de liberar la carga mecánica. El desemparejamiento comienza en un cierto esfuerzo σ s y termina en σ f por encima del cual la martensita continúa exhibiendo solo un comportamiento elástico (siempre que la carga esté por debajo del límite elástico). La deformación memorizada tras el desemparejamiento se recupera tras calentarlo hasta obtener austenita.
La transformación de fase de austenita a martensita también puede ocurrir a temperatura constante aplicando una carga mecánica por encima de un cierto nivel. La transformación se invierte cuando se suelta la carga.
La transición de la fase martensita a la fase austenita sólo depende de la temperatura y la tensión, no del tiempo, como lo son la mayoría de los cambios de fase, ya que no hay difusión involucrada. De manera similar, la estructura austenita recibe su nombre de aleaciones de acero de estructura similar. Es la transición reversible sin difusión entre estas dos fases la que da como resultado propiedades especiales. Si bien la martensita se puede formar a partir de austenita enfriando rápidamente acero al carbono , este proceso no es reversible, por lo que el acero no tiene propiedades de memoria de forma.
En esta figura el eje vertical representa la fracción de martensita. La diferencia entre la transición de calentamiento y la transición de enfriamiento da lugar a una histéresis en la que parte de la energía mecánica se pierde en el proceso. La forma de la curva depende de las propiedades del material de la aleación con memoria de forma, como la composición de la aleación [7] y el endurecimiento por trabajo . [8]
El efecto de memoria de forma (SME) [9] ocurre porque una transformación de fase inducida por la temperatura invierte la deformación, como se muestra en la curva de histéresis anterior. Normalmente la fase martensítica es monoclínica u ortorrómbica (B19' o B19). Dado que estas estructuras cristalinas no tienen suficientes sistemas de deslizamiento para facilitar el movimiento de las dislocaciones, se deforman por maclamiento o, más bien, desmambramiento. [10]
La martensita se ve favorecida termodinámicamente a temperaturas más bajas, mientras que la austenita (B2 cúbica) se ve favorecida termodinámicamente a temperaturas más altas. Dado que estas estructuras tienen diferentes tamaños de red y simetría, el enfriamiento de la austenita en martensita introduce energía de deformación interna en la fase martensítica. Para reducir esta energía, la fase martensítica forma muchos gemelos; esto se llama "gemelo autoacomodativo" y es la versión maclada de las dislocaciones geométricamente necesarias . Dado que la aleación con memoria de forma se fabricará a partir de una temperatura más alta y generalmente está diseñada para que la fase martensítica sea dominante a la temperatura de funcionamiento para aprovechar el efecto de memoria de forma, los SMA "comienzan" altamente hermanados. [11]
Cuando se carga la martensita, estos gemelos autoacomodables proporcionan un camino fácil para la deformación. Las tensiones aplicadas desdoblarán la martensita, pero todos los átomos permanecen en la misma posición con respecto a los átomos cercanos; no se rompen ni se reforman enlaces atómicos (como sucedería con el movimiento de dislocación). Por lo tanto, cuando la temperatura aumenta y la austenita se favorece termodinámicamente, todos los átomos se reorganizan en la estructura B2, que resulta tener la misma forma macroscópica que la forma previa a la deformación de B19. [12] Esta transformación de fase ocurre extremadamente rápido y le da a las SMA su "chasquido" distintivo.
El uso repetido del efecto de memoria de forma puede provocar un cambio en las temperaturas de transformación características (este efecto se conoce como fatiga funcional, ya que está estrechamente relacionado con un cambio de las propiedades microestructurales y funcionales del material). [13] La temperatura máxima a la que las SMA ya no pueden ser inducidas por tensión se llama Md , donde las SMA se deforman permanentemente. [14]
Las aleaciones con memoria de forma tienen diferentes efectos de memoria de forma. Los dos efectos comunes son SMA unidireccional y SMA bidireccional. A continuación se muestra un esquema de los efectos. Los procedimientos son muy similares: partir de martensita, añadir una deformación, calentar la muestra y volver a enfriarla.
Cuando una aleación con memoria de forma está en su estado frío (por debajo de Mf ) , el metal se puede doblar o estirar y mantendrá esas formas hasta que se caliente por encima de la temperatura de transición. Al calentarse, la forma cambia a su original. Cuando el metal se enfríe nuevamente, conservará la forma hasta que se deforme nuevamente.
Con el efecto unidireccional, el enfriamiento por altas temperaturas no provoca un cambio de forma macroscópico. Es necesaria una deformación para crear la forma a baja temperatura. Al calentar, la transformación comienza en A s y se completa en A f (normalmente de 2 a 20 °C o más, dependiendo de la aleación o las condiciones de carga). La A s está determinada por el tipo y la composición de la aleación y puede variar entre−150°C y200 ºC .
El efecto de memoria de forma bidireccional es el efecto que hace que el material recuerde dos formas diferentes: una a bajas temperaturas y otra a altas temperaturas. Se dice que un material que muestra un efecto de memoria de forma tanto durante el calentamiento como durante el enfriamiento tiene memoria de forma bidireccional. Esto también se puede obtener sin la aplicación de una fuerza externa (efecto bidireccional intrínseco). La razón por la que el material se comporta de manera tan diferente en estas situaciones radica en el entrenamiento. El entrenamiento implica que una memoria de forma puede "aprender" a comportarse de una determinada manera. En circunstancias normales, una aleación con memoria de forma "recuerda" su forma a baja temperatura, pero al calentarla para recuperar la forma a alta temperatura, inmediatamente "olvida" la forma a baja temperatura. Sin embargo, se puede "entrenar" para "recordar" dejar algunos recordatorios de la condición deformada a baja temperatura en las fases de alta temperatura. Una forma de entrenar la SMA consiste en aplicar una carga térmica cíclica bajo un campo de tensión constante. Durante este proceso se introducen defectos internos en la microestructura lo que genera tensiones internas permanentes que facilitan la orientación de los cristales martensíticos. [15] Por lo tanto, mientras se enfría un SMA entrenado en fase austenítica sin tensión aplicada, la martensita se forma desemparejada debido a las tensiones internas, lo que conduce al cambio de forma del material. Y mientras vuelve a calentar el SMA hasta convertirlo en austenita, recupera su forma inicial.
Hay varias maneras de hacer esto. [16] Un objeto moldeado y entrenado que se calienta más allá de cierto punto perderá el efecto de memoria bidireccional.
Las SMA muestran un fenómeno a veces llamado superelasticidad, pero que se describe más exactamente como pseudoelasticidad . La “superelasticidad” implica que los enlaces atómicos entre átomos se estiran hasta una longitud extrema sin incurrir en deformación plástica. La pseudoelasticidad todavía logra deformaciones grandes y recuperables con poca o ninguna deformación permanente, pero se basa en mecanismos más complejos.
Las SMA exhiben al menos 3 tipos de pseudoelasticidad. Los dos tipos de pseudoelasticidad menos estudiados son la formación de pseudogemelos y el comportamiento similar al caucho debido al orden de corto alcance. [17]
El principal efecto pseudoelástico proviene de una transformación de fase inducida por estrés. La figura de la derecha muestra cómo ocurre este proceso.
Aquí se aplica isotérmicamente una carga a un SMA por encima de la temperatura de acabado de austenita, Af , pero por debajo de la temperatura de deformación de martensita, Md . La figura anterior ilustra cómo esto es posible, al relacionar la transformación de fase pseudoelástica inducida por tensión con la transformación de fase inducida por temperatura con efecto de memoria de forma. Para un punto particular en Af , es posible elegir un punto en la línea M s con una temperatura más alta , siempre que ese punto M d también tenga una tensión más alta . El material presenta inicialmente un comportamiento elástico-plástico típico de los metales. Sin embargo, una vez que el material alcanza la tensión martensítica, la austenita se transformará en martensita y se desemparejará. Como se discutió anteriormente, este desemparejamiento es reversible cuando se transforma nuevamente de martensita a austenita. Si se aplican grandes tensiones, el comportamiento plástico, como el desguace y el deslizamiento de la martensita, se iniciará en sitios como límites de grano o inclusiones. [19] [20] Si el material se descarga antes de que se produzca la deformación plástica, volverá a austenita una vez que se alcance una tensión crítica para la austenita (σ as ). El material recuperará casi toda la tensión inducida por el cambio estructural y, para algunos SMA, estas pueden ser tensiones superiores al 10 por ciento. [21] [22] Este bucle de histéresis muestra el trabajo realizado para cada ciclo del material entre estados de deformaciones pequeñas y grandes, lo cual es importante para muchas aplicaciones.
En un gráfico de tensión versus temperatura, las líneas de inicio y fin de austenita y martensita corren paralelas. La PYME y la pseudoelasticidad son en realidad partes diferentes de un mismo fenómeno, como se muestra a la izquierda.
La clave de las grandes deformaciones por deformación es la diferencia en la estructura cristalina entre las dos fases. La austenita generalmente tiene una estructura cúbica, mientras que la martensita puede ser monoclínica u otra estructura diferente de la fase original, típicamente con menor simetría. Para un material martensítico monoclínico como el Nitinol, la fase monoclínica tiene una simetría más baja, lo cual es importante ya que ciertas orientaciones cristalográficas se adaptarán a tensiones más altas en comparación con otras orientaciones cuando se les aplica una tensión. Por lo tanto, se deduce que el material tenderá a formar orientaciones que maximicen la deformación general antes de cualquier aumento en la tensión aplicada. [23] Un mecanismo que ayuda en este proceso es el hermanamiento de la fase de martensita. En cristalografía, un límite gemelo es un defecto bidimensional en el que el apilamiento de planos atómicos de la red se refleja a través del plano del límite. Dependiendo de la tensión y la temperatura, estos procesos de deformación competirán con la deformación permanente como el deslizamiento.
Es importante señalar que σ ms depende de parámetros como la temperatura y el número de sitios de nucleación para la nucleación de fase. Las interfaces y las inclusiones proporcionarán sitios generales para que comience la transformación y, si son grandes en número, aumentará la fuerza impulsora para la nucleación. [24] Se necesitará un σ ms menor que para la nucleación homogénea. Asimismo, el aumento de la temperatura reducirá la fuerza impulsora para la transformación de fase, por lo que será necesario un σ ms mayor. Se puede ver que a medida que aumenta la temperatura operativa del SMA, σ ms será mayor que el límite elástico, σ y , y la superelasticidad ya no será observable.
Los primeros pasos hacia el descubrimiento del efecto de memoria de forma se dieron en la década de 1930. Según Otsuka y Wayman, Arne Ölander descubrió el comportamiento pseudoelástico de la aleación Au-Cd en 1932. Greninger y Mooradian (1938) observaron la formación y desaparición de una fase martensítica al disminuir y aumentar la temperatura de una aleación Cu-Zn. El fenómeno básico del efecto memoria gobernado por el comportamiento termoelástico de la fase martensita fue ampliamente reportado una década más tarde por Kurdjumov y Khandros (1949) y también por Chang y Read (1951). [13]
Las aleaciones de níquel-titanio fueron desarrolladas por primera vez en 1962-1963 por el Laboratorio de Artillería Naval de los Estados Unidos y comercializadas con el nombre comercial Nitinol (acrónimo de Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratories). Sus notables propiedades fueron descubiertas por casualidad. En una reunión de gestión del laboratorio se presentó una muestra que había sido deformada muchas veces. Uno de los directores técnicos asociados, el Dr. David S. Muzzey, decidió ver qué pasaría si la muestra se sometiera a calor y sostuviera su encendedor debajo de ella. Para sorpresa de todos, la muestra volvió a su forma original. [25] [26]
Existe otro tipo de SMA, llamado aleación ferromagnética con memoria de forma (FSMA), que cambia de forma bajo fuertes campos magnéticos. Estos materiales son de particular interés ya que la respuesta magnética tiende a ser más rápida y eficiente que las respuestas inducidas por la temperatura.
Las aleaciones metálicas no son los únicos materiales que responden térmicamente; También se han desarrollado polímeros con memoria de forma , que estuvieron disponibles comercialmente a finales de los años 1990.
Muchos metales tienen varias estructuras cristalinas diferentes con la misma composición, pero la mayoría de los metales no muestran este efecto de memoria de forma. La propiedad especial que permite que las aleaciones con memoria de forma vuelvan a su forma original después del calentamiento es que su transformación cristalina es totalmente reversible. En la mayoría de las transformaciones cristalinas, los átomos de la estructura viajarán a través del metal por difusión, cambiando la composición localmente, aunque el metal en su conjunto esté formado por los mismos átomos. Una transformación reversible no implica esta difusión de átomos, sino que todos los átomos se desplazan al mismo tiempo para formar una nueva estructura, de forma muy parecida a como se puede hacer un paralelogramo a partir de un cuadrado empujando dos lados opuestos. A diferentes temperaturas, se prefieren diferentes estructuras y cuando la estructura se enfría a través de la temperatura de transición, se forma la estructura martensítica a partir de la fase austenítica.
Las aleaciones con memoria de forma generalmente se fabrican mediante fundición, mediante fusión por arco al vacío o fusión por inducción. Se trata de técnicas especializadas que se utilizan para mantener al mínimo las impurezas en la aleación y garantizar que los metales estén bien mezclados. Luego, el lingote se lamina en caliente en secciones más largas y luego se estira para convertirlo en alambre.
La forma en que se "entrenan" las aleaciones depende de las propiedades deseadas. El "entrenamiento" dicta la forma que recordará la aleación cuando se caliente. Esto ocurre calentando la aleación para que las dislocaciones se reordenen en posiciones estables, pero no tan caliente como para que el material se recristalice . Se calientan entre400°C y500 °C durante 30 minutos, se les da forma en caliente y luego se enfrían rápidamente enfriándolos en agua o enfriándolos con aire.
Las aleaciones con memoria de forma a base de cobre y NiTi se consideran materiales de ingeniería. Estas composiciones se pueden fabricar en casi cualquier forma y tamaño.
El límite elástico de las aleaciones con memoria de forma es menor que el del acero convencional, pero algunas composiciones tienen un límite elástico mayor que el plástico o el aluminio. El límite elástico para Ni Ti puede alcanzar500MPa . El alto costo del metal en sí y los requisitos de procesamiento hacen que sea difícil y costoso implementar SMA en un diseño. Como resultado, estos materiales se utilizan en aplicaciones donde se pueden aprovechar las propiedades superelásticas o el efecto de memoria de forma. La aplicación más común es la actuación.
Una de las ventajas de utilizar aleaciones con memoria de forma es el alto nivel de deformación plástica recuperable que se puede inducir. La tensión máxima recuperable que estos materiales pueden soportar sin daños permanentes es de hasta8% para algunas aleaciones. Esto se compara con una tensión máxima0,5% para aceros convencionales.
SMA tiene muchas ventajas sobre los actuadores tradicionales, pero sufre una serie de limitaciones que pueden impedir su aplicación práctica. En numerosos estudios, se enfatizó que solo unas pocas aplicaciones patentadas de aleaciones con memoria de forma tienen éxito comercial debido a las limitaciones del material combinadas con la falta de conocimientos sobre materiales y diseño y herramientas asociadas, como enfoques y técnicas de diseño inadecuados utilizados. [27] Los desafíos en el diseño de aplicaciones SMA son superar sus limitaciones, que incluyen una tensión utilizable relativamente pequeña, baja frecuencia de actuación, baja controlabilidad, baja precisión y baja eficiencia energética. [28]
Los actuadores SMA normalmente se accionan eléctricamente, donde una corriente eléctrica produce un calentamiento Joule . La desactivación normalmente ocurre por transferencia de calor convectiva libre al ambiente. En consecuencia, la actuación del SMA suele ser asimétrica, con un tiempo de actuación relativamente rápido y un tiempo de desactivación lento. Se han propuesto varios métodos para reducir el tiempo de desactivación del SMA, incluida la convección forzada [29] y el revestimiento del SMA con un material conductor para manipular la tasa de transferencia de calor.
Los métodos novedosos para mejorar la viabilidad de los actuadores SMA incluyen el uso de un " revestimiento " conductor. Este método utiliza una pasta térmica para transferir rápidamente calor desde el SMA por conducción. Luego, este calor se transfiere más fácilmente al ambiente por convección, ya que los radios exteriores (y el área de transferencia de calor) son significativamente mayores que los del cable desnudo. Este método da como resultado una reducción significativa del tiempo de desactivación y un perfil de activación simétrico. Como consecuencia del aumento de la tasa de transferencia de calor , aumenta la corriente requerida para lograr una fuerza de actuación determinada. [30]
El SMA está sujeto a fatiga estructural, un modo de falla mediante el cual la carga cíclica da como resultado el inicio y la propagación de una grieta que eventualmente resulta en una pérdida catastrófica de función por fractura. La física detrás de este modo de fatiga es la acumulación de daño microestructural durante la carga cíclica. Este modo de falla se observa en la mayoría de los materiales de ingeniería, no solo en los SMA.
Los SMA también están sujetos a fatiga funcional, un modo de falla que no es típico de la mayoría de los materiales de ingeniería, por el cual el SMA no falla estructuralmente sino que pierde sus características superelásticas/de memoria de forma con el tiempo. Como resultado de la carga cíclica (tanto mecánica como térmica), el material pierde su capacidad de sufrir una transformación de fase reversible. Por ejemplo, el desplazamiento de trabajo en un actuador disminuye al aumentar el número de ciclos. La física detrás de esto es un cambio gradual en la microestructura; más específicamente, la acumulación de dislocaciones de deslizamiento de acomodación . Esto suele ir acompañado de un cambio significativo en las temperaturas de transformación. [32] El diseño de los actuadores SMA también puede influir en la fatiga estructural y funcional de SMA, como las configuraciones de polea en el sistema SMA-Pulley. [33]
Los actuadores de SMA normalmente se accionan eléctricamente mediante calentamiento Joule . Si el SMA se utiliza en un entorno donde la temperatura ambiente no está controlada, puede ocurrir una activación involuntaria por el calentamiento ambiental.
Boeing , General Electric Aircraft Engines , Goodrich Corporation , NASA , Texas A&M University y All Nippon Airways desarrollaron el Chevron de geometría variable utilizando un NiTi SMA. Un diseño de boquilla en abanico de área variable (VAFN) permitiría motores a reacción más silenciosos y eficientes en el futuro. En 2005 y 2006, Boeing realizó con éxito pruebas de vuelo de esta tecnología. [34]
Los SMA se están explorando como amortiguadores de vibraciones para vehículos de lanzamiento y motores a reacción comerciales. La gran cantidad de histéresis observada durante el efecto superelástico permite que los SMA disipen energía y amortigüen las vibraciones. Estos materiales son prometedores para reducir las altas cargas de vibración en las cargas útiles durante el lanzamiento, así como en las aspas de los ventiladores de los motores a reacción comerciales, lo que permite diseños más livianos y eficientes. [35] Los SMA también presentan potencial para otras aplicaciones de alto impacto, como rodamientos de bolas y trenes de aterrizaje. [36]
También existe un gran interés en utilizar SMA para una variedad de aplicaciones de actuadores en motores a reacción comerciales, lo que reduciría significativamente su peso y aumentaría la eficiencia. [37] Sin embargo, es necesario realizar más investigaciones en esta área para aumentar las temperaturas de transformación y mejorar las propiedades mecánicas de estos materiales antes de que puedan implementarse con éxito. Ma et al. presentan una revisión de los avances recientes en aleaciones con memoria de forma de alta temperatura (HTSMA). [21]
También se están explorando una variedad de tecnologías de transformación de alas. [35]
El primer producto de gran volumen (> 5 millones de actuadores/año) es una válvula automotriz utilizada para controlar vejigas neumáticas de baja presión en un asiento de automóvil que ajustan el contorno del soporte/almohadones lumbares. Los beneficios generales de SMA sobre los solenoides utilizados tradicionalmente en esta aplicación (menor ruido/EMC/peso/factor de forma/consumo de energía) fueron el factor crucial en la decisión de reemplazar la antigua tecnología estándar con SMA.
El Chevrolet Corvette 2014 se convirtió en el primer vehículo en incorporar actuadores SMA, que reemplazaron a los actuadores motorizados más pesados para abrir y cerrar la ventilación de la escotilla que libera aire del maletero, lo que facilita su cierre. También se están apuntando a una variedad de otras aplicaciones, incluidos generadores eléctricos para generar electricidad a partir del calor de escape y presas de aire bajo demanda para optimizar la aerodinámica a diversas velocidades.
También se han realizado estudios limitados sobre el uso de estos materiales en robótica , por ejemplo el robot aficionado Stiquito (y "Roboterfrau Lara" [38] ), ya que permiten crear robots muy ligeros. Recientemente, Loh et al. introdujeron una prótesis de mano. que casi puede replicar los movimientos de una mano humana [Loh2005]. También se están explorando otras aplicaciones biomiméticas. Los puntos débiles de la tecnología son la ineficiencia energética, los tiempos de respuesta lentos y la histéresis elevada .
Los SMA también se utilizan para accionar válvulas . [39] Las válvulas de SMA tienen un diseño especialmente compacto.
Existen algunos prototipos de mano robótica basados en SMA que utilizan el efecto de memoria de forma (SME) para mover los dedos. [40]
Los SMA encuentran una variedad de aplicaciones en estructuras civiles como puentes y edificios. En forma de barras de refuerzo o placas, se pueden utilizar para el refuerzo por flexión, corte y sísmico de estructuras de hormigón y acero. Otra aplicación es el Hormigón Armado Inteligente (IRC), que incorpora cables SMA incrustados dentro del hormigón. Estos cables pueden detectar grietas y contraerse para curar grietas de tamaño micro. También es posible la sintonización activa de la frecuencia natural estructural utilizando cables SMA para amortiguar las vibraciones, así como el uso de fibras SMA en hormigón. [41]
La primera aplicación comercial para el consumidor fue un acoplamiento con memoria de forma para tuberías, por ejemplo, oleoductos, para aplicaciones industriales, tuberías de agua y tipos similares de tuberías para aplicaciones comerciales/de consumo.
Varias empresas de teléfonos inteligentes han lanzado teléfonos con módulos de estabilización óptica de imagen (OIS) que incorporan actuadores SMA, fabricados bajo licencia de Cambridge Mechatronics.
Las aleaciones con memoria de forma se utilizan en medicina, por ejemplo, como dispositivos de fijación para osteotomías en cirugía ortopédica , como actuadores en instrumentos quirúrgicos; agujas quirúrgicas orientables activas para intervenciones percutáneas mínimamente invasivas contra el cáncer en procedimientos quirúrgicos como biopsia y braquiterapia , [42] en aparatos ortopédicos para ejercer fuerzas constantes de movimiento de los dientes, en cápsula endoscópica se pueden utilizar como desencadenante de la acción de la biopsia .
A finales de la década de 1980 se produjo la introducción comercial del Nitinol como tecnología habilitadora en una serie de aplicaciones médicas endovasculares mínimamente invasivas. Si bien son más costosas que el acero inoxidable, las propiedades autoexpandibles de las aleaciones de nitinol fabricadas según BTR (respuesta a la temperatura corporal) han proporcionado una alternativa atractiva a los dispositivos expandibles con balón en endoprótesis vasculares , donde brindan la capacidad de adaptarse a la forma de ciertos vasos sanguíneos cuando expuesto a la temperatura corporal. De media,El 50% de todos los stents vasculares periféricos disponibles actualmente en el mercado mundial se fabrican con Nitinol.
Las monturas de gafas fabricadas con SMA que contienen titanio se comercializan con las marcas comerciales Flexon y TITANflex. Estos marcos suelen estar hechos de aleaciones con memoria de forma cuya temperatura de transición se establece por debajo de la temperatura ambiente esperada. Esto permite que los marcos sufran una gran deformación bajo tensión, pero recuperen su forma deseada una vez que el metal se descarga nuevamente. Las deformaciones aparentemente elásticas muy grandes se deben al efecto martensítico inducido por la tensión, donde la estructura cristalina puede transformarse bajo carga, permitiendo que la forma cambie temporalmente bajo carga. Esto significa que las gafas fabricadas con aleaciones con memoria de forma son más resistentes a daños accidentales.
El metal con memoria se ha utilizado en cirugía ortopédica como dispositivo de fijación y compresión para osteotomías , generalmente para procedimientos de las extremidades inferiores. El dispositivo, generalmente en forma de una grapa grande, se almacena en un refrigerador en su forma maleable y se implanta en orificios previamente perforados en el hueso a través de una osteotomía. A medida que la grapa se calienta, vuelve a su estado no maleable y comprime las superficies óseas para promover la unión ósea. [43]
La gama de aplicaciones de las AME ha ido creciendo a lo largo de los años, siendo la odontología un área importante de desarrollo. Un ejemplo es la prevalencia de aparatos dentales que utilizan tecnología SMA para ejercer fuerzas constantes de movimiento de los dientes; El arco de nitinol fue desarrollado en 1972 por el ortodoncista George Andreasen . [44] Esto revolucionó la ortodoncia clínica. La aleación de Andreasen tiene una memoria de forma modelada, que se expande y contrae dentro de rangos de temperatura determinados debido a su programación geométrica.
Harmeet D. Walia utilizó posteriormente la aleación en la fabricación de limas de conducto radicular para endodoncia .
Las técnicas tradicionales de cancelación activa para la reducción del temblor utilizan sistemas eléctricos, hidráulicos o neumáticos para accionar un objeto en la dirección opuesta a la perturbación. Sin embargo, estos sistemas están limitados debido a la gran infraestructura necesaria para producir grandes amplitudes de energía en las frecuencias de los temblores humanos. Los SMA han demostrado ser un método eficaz de actuación en aplicaciones portátiles y han permitido una nueva clase de dispositivos de cancelación activa de temblores. [45] Un ejemplo reciente de este tipo de dispositivo es la cuchara Liftware , desarrollada por Lift Labs, filial de Verily Life Sciences .
Desde la década de 1970 se han desarrollado motores térmicos experimentales de estado sólido, que funcionan a partir de diferencias de temperatura relativamente pequeñas en depósitos de agua fría y caliente, incluido el motor Banks, desarrollado por Ridgway Banks .
Se vende en longitudes pequeñas y redondas para usar en pulseras sin fijaciones.
Científicos alemanes de la Universidad de Saarland han producido un prototipo de máquina que transfiere calor utilizando un alambre de aleación de níquel-titanio ("nitinol") enrollado alrededor de un cilindro giratorio. A medida que el cilindro gira, el calor se absorbe por un lado y se libera por el otro, a medida que el cable cambia de su estado "superelástico" a su estado descargado. Según un artículo de 2019 publicado por la Universidad del Sarre, la eficiencia con la que se transfiere el calor parece ser mayor que la de una bomba de calor o aire acondicionado típico. [46]
Casi todos los acondicionadores de aire y bombas de calor que se utilizan en la actualidad emplean compresión de vapor de refrigerantes . Con el tiempo, algunos de los refrigerantes utilizados en estos sistemas se filtran a la atmósfera y contribuyen al calentamiento global . Si la nueva tecnología, que no utiliza refrigerantes, resulta económica y práctica, podría ofrecer un avance significativo en el esfuerzo por reducir el cambio climático. [ cita necesaria ]
Diversas aleaciones exhiben el efecto de memoria de forma. Los constituyentes de la aleación se pueden ajustar para controlar las temperaturas de transformación del SMA. Algunos sistemas comunes incluyen los siguientes (de ninguna manera una lista exhaustiva):
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Medios relacionados con materiales con memoria de forma en Wikimedia Commons
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