Сплави с памет на формата (SMA)

Дефиниционни граници и таксономия

Сплавите с памет на формата (Shape Memory Alloys - SMA) принадлежат към уникален клас интелигентни материали, които притежават способността да възстановяват първоначалната си, предварително зададена форма при прилагане на специфичен топлинен стимул. Този феномен, известен като ефект на памет на формата (SME), се корени фундаментално в обратима фазова трансформация в твърдо състояние между високотемпературна кристалографска фаза с висока симетрия (Аустенит) и нискотемпературна фаза с по-ниска симетрия (Мартензит). В сферата на роботиката, особено в меката и микро-роботиката, SMA служат като полупроводникови (твърдотелни) актуатори, които елиминират нуждата от традиционни двигатели, зъбни предавки или пневматични компресори. Таксономията на SMA поведенията е строго разделена на две отличителни термодинамични реакции:

Историческа еволюция

Откриването на ефекта на памет на формата датира от 1932 г., когато шведският изследовател Арне Йоландер (Arne Ölander) наблюдава псевдоеластично поведение в сплав от злато и кадмий (Au-Cd). Истинската повратна точка за индустриалните и роботизираните приложения обаче настъпва през 1959 г. във Военноморската оръжейна лаборатория (NOL) от Уилям Дж. Бюлер и Фредерик Уанг, които откриват SME в еквиатомна сплав от никел и титан, впоследствие наречена Nitinol (Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory).

През 70-те и 80-те години на миналия век фокусът се измества към разработването на феноменологични модели, ръководени от Танака (Tanaka) и Лианг (Liang), за математическо описание на хистерезиса и фазовите преходи. 90-те години бележат появата на унифицирания конститутивен модел на Бринсън (Brinson), който успешно разделя индуцираните от напрежение и индуцираните от температура мартензитни фракции. Към 2000-те години миниатюризацията в MEMS (микро-електромеханичните системи) стимулира разработването на тънкослойни SMA, проправяйки пътя за микро-роботизирани грипери и биомиметични континуум роботи. Днес SMA са основополагащи за "меката роботика", преминавайки от бинарни актуатори (вкл./изкл.) към висококонтролируеми, непрекъснато променливи синтетични мускули, управлявани от сложни нелинейни алгоритми за управление.