Músculos eletrônicos

Tradicionalmente os atuadores que movem robôs são motores elétricos, mas estes não são o único meio de movimentar robôs, uma alternativa são os músculos eletrônicos, que são o assunto deste post.

Como funcionam?

Músculos eletrônicos também são chamados de SMA (Liga com memória de forma). São feitos de um tipo de material que se estende ou se contrai com sinais elétricos. A corrente elétrica aquece o fio e este se contrai permitindo o movimento de partes mecânicas, este robô é um exemplo de movimento com SMA.

O material mais usado para SMA é nitinol, uma liga de níquel e titânio cuja contração pode chegar a 8% do comprimento total, o que é muito para um SMA. A figura abaixo mostra fios de nitinol.

A alta elasticidade dos músculos eletrônicos se deve as estruturas cristalinas que mudam com a temperatura. A estrutura de cristal em uma temperatura mais baixa se chama Martensita, é onde o material pode assumir qualquer forma. Ao aumentar a temperatura o cristal entra na fase de Austenita, é uma fase de transição para outra estrutura.

O comportamento da estrutura segue uma histerese, um comportamento de um sistema físico que depende de fatores externos e do seu histórico.

Como usar?

Uma corrente elétrica excessiva pode derreter o fio, o circuito que aciona um SMA deve fornecer uma corrente constante. Aqui temos um circuito de uma fonte de corrente, o valor da corrente depende do regulador, da tensão de entrada e do valor R do resistor. Eu coloquei um símbolo do indutor para representar o SMA, pois não havia um símbolo próprio.

Para controlar com mais precisão o músculo eletrônico, pode-se usar circuitos de PWM. Falarei sobre esta técnica em outro post.

Outros materiais e aplicações

Além do nitinol existem outras ligas SMA como:

• Cobre-Alumínio-Níquel;
• Cobre-Zinco-Alumínio;
• Ferro-Manganês-Silício.

Além de movimentar robôs, estes materiais também são usados em:

• Medicina para fabricar aparelhos dentais, placas para remendar ossos quebrados e reforçar artérias e veias obstruídas.

• Abrir painéis solares de satélites e telescópios espacias quando chegam no espaço.
• Motores, asas e atuadores de aviões. Aqui é uma turbina de avião com SMA.