Nitinol: el metal inteligente

HISTORIA El efecto de esta aleación no es nuevo. Ya desde 1932 un investigador suizo llamado Arne Olander observó este cambio de forma en una aleación de oro con cadmio, y se dio cuenta del potencial que tenía ésta para lograr un movimiento utilizable. En 1950 L. C. Chang y T.A. Read, en la universidad de Columbia en Nueva York, utilizaron rayo X para estudiar la estructura cristalina de la aleación. Sin embargo, no se llegó a comercializar popularmente debido al elevado pecio de los elementos de la aleación.
En 1961, mientras investigaban aleaciones resistente a las corrosión para embarcaciones, un equipo dirigido por William Beuhler, en el U.S. Naval Ordenance Laboratory(N.O.L.) encontraron este mismo efecto en una aleación de níquel con titanio. Ellos llamaron a esta aleación "Nitinol" (combinaron las letras de Níquel, Titanio y Naval Ordenance Laboratory.)
Durante los 60s y 70s, se observó este mismo efecto en otras aleaciones más y empezó a producirse comercialmente en muchas formas distintas: laminas, alambre, cintas, discos y empezaron por fin a aparecer multitud de aplicaciones comerciales para las mismas.






DESARROLLO


Características físicas del Nitinol.
Velocidad de respuesta.
Su velocidad de respuesta es muy variable: Debido a que se contraen cuando su temperatura llega a cierta temperatura de activación predefinida de fábrica, alambres muy delgados son capaces de contraerse en una décima o centésima parte de un segundo. Sin embargo, para relajarse de nuevo necesitan enfriarse, lo cual depende de la temperatura ambiente . Se puede llegar a tener varios ciclos por segundo con alambres delgados (50 micrómetros de diámetro) o un ciclo cada tres o cuatro segundos si el alambre es muy grueso y hace calor .
Como regla general, las aleaciones con memoria de forma se contraen MUY rápido, pero suelen tomarse el doble o triple de tiempo para relajarse de nuevo
Posee una gran capacidad para halar un objeto es capaz de levantar miles de veces su propio peso–; se mueve suave y silenciosamente, y de manera similar a los músculos reales
El calentamiento del material se obtiene mediante la circulación de una corriente eléctrica a través del mismo; de este modo el Nitinol transforma el calor inducido en movimiento mecánico, que es resultado de los cambios en su estructura cristalina interna.
Se necesita aplicar una contra fuerza al Nitinol, para retornarla a su estructura cristalina original. Aunque con Nitinol es de dos memorias de forma, esto sería en parte solucionado.
El Nitinol tiene una vida útil que depende de la magnitud de la contra fuerza que se le aplica en su ciclo de operación. Si se le impone una contra fuerza muy alta, tiene una duración de algunos cientos de ciclos. Pero si es utilizado en rangos normales de operación, tiene una vida útil de cientos de miles de ciclos.
Otras características
Depende del grosor del alambre. Esa resistencia con que jalan se llama "Fuerza de Recuperación", y puede ser desde 5 gramos para el hilo de 50 micrómetros de diámetro, hasta 930 gramos (casi un kilo) para el hilo de 150 micrómetros, y puedes utilizar varios hilos en paralelo para obtener más fuerza. Existe además una fuerza que se llama "resistencia a la deformación". Es la fuerza que se ocupa para estirar otra vez el alambre cuando ya se ha enfriado. Esta fuerza es casi siempre alrededor de una sexta parte de la fuerza que realiza el alambre cuando se contrae. Por ejemplo, el alambre de 100 micrómetros se contrae con una fuerza de 150 gramos, y a su vez requiere de una fuerza de 28 gramos para volver a estirarse cuando ya se ha enfriado.
Punto de fusión 1.250° C
Resistencia eléctrica 0,5 ohm/cm. (alambre .006"

APLICACIONESLas aplicaciones de los materiales con memoria de forma, son en la industria , pero su aportación más apreciable es en el mundo de la medicina . La característica más importante para las aplicaciones médicas es que el Nitinol presenta compatibilidad y no genera rechazo en el cuerpo humano . Por ejemplo, se han usado alambres de Nitinol para construir microbombas que pueden reemplazar funciones del corazón o de los riñones, también para descongestionar arterias obstruidas y además son muy utilizados en la ortodoncia.
También se encuentra en:
Aplicaciones espaciales (para liberar satélites o para enviar antenas de forma compacta que, al llegar al espacio, recuperan su forma original extendida).
Robots.
Aplicaciones submarinas (ya que el Nitinol no se oxida con el agua de mar).
En el mundo de los efectos especiales (trucos de magia).
Biocompatibilidad
Dicha aleación de metal es compatible con el cuerpo humano dado que no es corrosivo de ahí surge el interés en la medicina por esta innovadora aleación porque no intoxica al cuerpo humano y es ideal para el uso de pró tesis .
Medicina
Esta aleación interesa mucho en la medicina dado que sus propiedades permiten que sea utilizado en diferentes instrumentos médicos facilitando la actividad de los mismos.
Stent: un stent cardiovascular es un dispositivo de forma más o menos tubular que se introduce en las arterias coronarias cuando éstas se encuentran obstruidas. Su colocación permite que la arteria permanezca abierta y así se pueda normalizar la circulación sanguínea.
Su introducción se realiza mediante una intervención simple llamada angioplastia.
Pero si la obstrucción se produce en más de dos arterias o se continua produciendo después de la introducción del stent, éste dispositivo deja de ser útil y la intervención más recomendad es un bypass coronario.


Bypass
Uno de los aspectos más complicados de la operación en la que hay que unir un injerto venoso o arterial al vaso coronario enfermo es la unión vascular que se realiza en el extremo sano de la arteria coronaria, para crear un puente sobre la parte afectada por arterosclerosis.
Se estudia desde hace varios años la utilización de elementos de Nitinol en este tipo de investigaciones . Los bypass, un tubo achatado y en forma de horqueta, se introducen en la arteria a través de una pequeña incisión realizada en la misma. Una vez adentro los anillos de Nitinol recobran su forma original y el tubo se abre con la temperatura que exista en el interior de los vasos. Después, el cirujano sutura el tubo a través de la incisión, de manera que uno de los extremos quede saliente. Entonces, la arteria sana se coloca en este extremo y se ajusta con otro anillo de Nitinol.




Cura de fracturas.
Gracias a la propiedad de memoria de forma que posee el Nitinol se puede utilizar para ayudar a la compresión de huesos rotos, lo que puede reducir el tiempo de recuperación y mejorar la fusión del hueso.
Es muy común que los cirujanos traten ciertas fracturas enrollando cable alrededor del hueso para empujar a las piezas sueltas y hacer que se unan.
Ortodoncia
El alambre sentalloy de nitinol añade a las propiedades típicas de la aleación de níquel- titanio una gran elasticidad , lo que supone una gran ventaja dentro de las aplicaciones de ortodoncia. A baja temperatura los alambres y accesorios sentalloy son blandos, flexibles y fáciles de colocar. La memoria de forma y la gran elasticidad se activan exactamente a 37.25 °C. Y el alambre vuelva a la forma original del arco preformado con una fuerza suave y constante. La fuerza provoca el movimiento fisiológico ideal del diente sin que se rompa el alambre y con pocos cambios del mismo. De esta forma se reduce la necesidad de cambios de alambre de Nitinol usados con fines de ortodoncia.


Alambres musculares
Actualmente se siguen buscando nuevas tecnologías para el desarrollo de mecanismos, entre éstas se encuentra la aleación Nitinol, que es una nueva tecnología de actuador inteligente.
Por otro lado, las aleaciones con memoria de forma son pequeñas y muy fuertes.
Estos materiales inteligentes presentan una excelente alternativa a los actuadores convencionales, con una fuerza de actuación muy alta, equivalente a la de los actuadores hidráulicos, proporcionalmente su peso, carentes de sistemas de lubricación y no requieren de mantenimiento constante. Esta material posee una gran capacidad para halar un objeto.

Uno de las principales aplicaciones del Nitinol aparte de la medicina es en la robótica y el factor que lo hace más interesante es su baja conductividad eléctrica a pesar de ser una aleación de metal.


Mariposa animatrónica con músculos de alambre.
CONCLUSIÓN

Actualmente el uso de materiales más resistentes y más baratos es de suma importancia dado que las personas sienten la necesidad por estar innovando dispositivos o herramientas que nos puedan hacer tener una mejor calidad de vida como por ejemplo en las prótesis médicas .El Nitinol hoy en día es un material sumamente importante en la medicina como en la robótica por las características ya antes mencionadas, este material aún puede tener más desarrollo a medida que su precio disminuya al igual que se descubran nuevas aplicaciones.