Materiales Inteligentes

Materiales inteligentes

Las nuevas tecnologías de fabricación han conseguido un abaratamiento de los

materiales inteligentes que permiten el desarrollo de nuevas aplicaciones y la sustitución

de materiales tradicionales. Este avance está siendo posible gracias al esfuerzo

cooperativo de distintos campos de conocimiento, tales como: física de estado sólido,

química, ingeniería de materiales, medicina, mecánica, biología, etc. y a la creación

de grupos de desarrollo multidisciplinares. En el artículo:“Materiales inteligentes (I):

Introducción a los materiales del siglo XXI” se hizo una breve descripción de los

principios físicos y tipos de materiales inteligentes. En este artículo se presentan algunas

de las aplicaciones tecnológicas actuales de estos materiales.

Introducción

El desarrollo de los materiales inteligentesha hecho posible el ensanchamiento del concepto

de diseño estructural hasta tal puntoque no solo se contempla la posibilidad de diseñar estructuras que monitoricen su integridad estructural sino que incluso sean capaces de adaptarse al entorno e incluso tomar medidas concretas para autorepararse en caso de deterioro. En cambio, en el contexto tradicional, el diseño estructural se contemplaba desde el punto de vista de la

selección de materiales y dimensiones capaces de soportar las cargas estructurales previstas

durante la vida del componente.

La comunidad científica considera que la tecnología asociada las estructuras inteligentes se encuentra lo bastante madura como para buscar la innovación a través del desarrollo

de nuevos materiales y nuevos diseños que permitan la integración de detección múltiple

de estímulos exteriores, diagnosis y actuación de la estructura produciendo una importante

mejora de la integridad estructural.

Se necesita un importante desarrollo de métodos de análisis que permitan modelar la microescala ya que es en estos niveles donde se producen los mecanismos básicos de detección y actuación.También se requieren nuevos procesos de fabricación que permitan

la obtención de componentes estructurales especialmente diseñados desde el nivel microscópico hasta el macroscópico.Teniendo en cuenta estas necesidades es evidente que

se debe realizar un esfuerzo multidisciplinal, que abarca campos tan diferentes como la química, ingeniería de materiales, metalografía, física de semiconductores, electrodeposición,

micromecánica, electrónica, matemáticas, etc, y crear las sinergias necesarias para que a través de una estructura cooperativa entre grupos dispares de investigación se produzcan los avances necesarios. Dentro de este contexto cabe destacar el esfuerzo y el interés que el campo de la nanotecnología ha despertado en la comunidad científica. Posiblemente desde escalas tan pequeñas como las asociadas a la nanotecnología es desde donde se puede plantear de forma realista dotar a las estructuras del nivel de inteligencia suficiente como para abordar la toma de

decisiones necesarias para autorepararse o incluso actuar con criterios complejos de inteligencia

ante estímulos exteriores.

Los materiales inteligentes se pueden utilizar como sensores o como actuadores.

• Los sensores son realizados con materiales inteligentes que emplean como señal de entrada campos mecánicos, como deformaciones, esfuerzos o temperaturas y en base al correspondiente fenómeno físico estos campos son transformados en señales de salida que pueden ser fácilmente medibles, y que generalmente implican campos eléctricos que producen diferencia de potencial eléctrico o campos magnéticos que inducen corriente eléctrica

• Los actuadores emplean como señales de entrada campos eléctricos, térmicos o magnéticos

que mediante las propiedades del material activo son transformadas en una señal de salida mecánica como un campo de desplazamientos, deformaciones o esfuerzos,

con la consiguiente generación de un fuerza que puede ser empleada en realizar un cierto trabajo

Entre los diferentes materiales inteligentes los más versátiles son los piezoeléctricos y magnetoestrictivos porque pueden operar como sensores o como actuadores. Las aleaciones

de forma pueden emplearse como actuadores, pero no como sensores. Los fluidos reológicos se emplean principalmente en aplicaciones muy específicas relacionadas con el amortiguamiento activo de vibraciones. La fibra óptica se emplea exclusivamente como sensor y los MEMS son empleados principalmente como sensores. Las aplicaciones tecnológicas de las estructuras

inteligentes se pueden encontrar prácticamente en casi todos los campos, como por ejemplo industria aeroespacial, biomedicina, ingeniería civil, automoción, etc.A continuación se presentarán algunas de sus aplicaciones tecnológicas.

Uso de materiales “inteligentes” en las prótesis

Hoy en día, el término “inteligente” se ha adoptado como un modo válido de calificar y describir una clase de materiales que presentan la capacidad de cambiar sus propiedades físicas (rigidez, viscosidad, forma, color, etc.) en presencia de un estímulo concreto.

Para controlar la respuesta de una forma predeterminada presentan mecanismos de control y selección de la respuesta. El tiempo de respuesta es corto. El sistema comienza a regresar a su estado original tan pronto como el estímulo cesa.

Dentro de las aleaciones con memoria de forma (SMA), se encuentran los llamados alambres musculares, estos son alambres delgados de alta resistencia mecánica, construidos con una aleación de Níquel y Titanio llamada comercialmente “Nitinol”.

La adecuada selección de los actuadores durante el diseño de una prótesis, es una parte esencial para el éxito de ésta. Por tal motivo después de un análisis de las especificaciones de diseño requeridas en una prótesis de miembro superior, se observó que los alambres musculares podrían satisfacer las necesidades de los actuadores.

Se realizó un modelo funcional exclusivamente de la mano, dicha mano fue diseñada tomando como base las medidas de la mano derecha de un hombre adulto, mexicano de estatura promedio. El material

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