O Coxambra

domingo, 15 de agosto de 2010

SMA - Músculos Eletrônicos

Postado por Raphael Prates às 5:39 PM

As ligas com memória de forma(Shape Memory Alloys - SMAs) têm atraído um enorme interesse da comunidade científica devido aos comportamentos únicos apresentados, tais como a pseudoelasticidade e o efeito memória de forma. Tais comportamentos são resultantes de transformações martensíticas que tais ligas sofrem, podendo estas serem ocasionadas por mudanças na temperatura ou tensão.

O efeito memória de forma está associada a uma mudança de forma devido à variação da temperatura. O que ocorre é que em temperaturas mais baixas, estes materiais apresentam uma fase denominada martensita, a qual se caracteriza por possuir várias estruturas martensíticas distintas que se movimentam com uma relativa facilidade, sendo por isso denominada a fase "mole". Caso sejam submetidos a uma tensão, algumas estruturas martensíticas tendem a se transformar em outras mais estáveis, levando o material uma mudança de forma. Tal comportamento é denominado quasiplasticidade e a alteração da forma pode ser recuperada desde que o material deformado seja aquecido acima de uma temperatura característica.Este comportamento distinto destas ligas é explicado pela transformação das estruturas martensíticas em austeníticas induzida pela temperatura.

Já a pseudoelasticidade ocorre se a SMA está em uma temperatura alta o suficiente para que todo o material se encontre em estado austenítico. Nesta situação, caso a liga seja submetida a uma tensão, apresentará a um nível de tensão constante uma deformação enorme, resultante de uma transformação da austenita em martensita induzida pela tensão. Porém, caso a SMA seja descarrega antes de se alcançar um nível de tensão crítico, será possível recuperar toda esta deformação.

Agora, como já conhecemos as SMAs e os comportamentos associados com as mesmas, podemos falar sobre os músculos eletrônicos.

Os músculos são uma massa de células que se caracterizam pela sua contratibilidade, a qual está relacionada a uma mudança de forma pela ação de impulsos nervosos.

Figura 1. Músculo

Imagine que maravilha seria ter algum material que, da mesma forma que os músculos, pudesse através de determinado estímulo mudar sua forma e com isso gerar a capacidade de movimento da estrutura como um todo. Pois tais materiais já existem há um bom tempo, são as SMAs e o comportamento explorado é o efeito memória de forma.

Os músculos eletrônicos construídos com este funcionamento se baseiam na mudança de forma que as SMAs sofrem quando aquecidas acima de determinada temperatura, sendo este aquecimento realizado através do efeito joule ocasionado pela passagem de uma corrente elétrica. Desta forma, ao invés de usar motores que representam um aumento no peso da estrutura e impossibilitam algumas aplicações, podemos aplicar tais ligas que além de serem mais leves apresentam uma relação peso/potência superior à apresentada pelos motores convencionais.
Além da mudança de forma, outro aspecto explorado em tais aplicações é a mudança no módulo de elasticidade relacionada com a mudança da estrutura martensítica, fase "mole", para uma estrutura austenítica, fase "dura", chegando em alguns ser o módulo de elasticidade três vezes superior na fase austenítica quando comparada à martensítica.