Control micro y nanométrico de posición de actuadores basados en materiales con memoria de forma

Abstract

Las aleaciones con memoria de forma (SMA) y las aleaciones con memoria de forma ferromagnética (FSMA) son dos de los más destacados integrantes de la familia de los denominados ?materiales inteligentes". La principal característica que estos materiales presentan es que sus dimensiones pueden ser modificadas como resultado de una transición de fase estructural debido a un cambio de temperatura o a la aplicación de campo magnético, respectivamente. Esta propiedad puede ser utilizada para generar movimiento o fuerza en dispositivos electromecánicos y micromáquinas. La precisión de los actuadores está limitada por la característica no lineal estímulo-respuesta del material activo, y por esta razón, tradicionalmente, los actuadores basados en SMAs han sido utilizados principalmente como actuadores ?todo o nada". En este trabajo, se utiliza un hilo de una aleación de Níquel-Titanio (Nitinol) como elemento activo en distintos prototipos de actuadores de microposicionamiento. El principal propósito de esta investigación es controlar de manera fina la contracción del hilo. El hilo debe contraerse y relajarse en torno a posiciones de contracción intermedias dentro de su rango de movimiento, así como contraerse y relajarse gradualmente a velocidad constante. Los resultados experimentales demuestran que una estrategia de control Proporcional-Integral combinada con un método de compensación de la histéresis de estos materiales, permite obtener precisiones en la posición en torno a 3-4 µm. Además, se diseña un actuador basado en FSMA y se presentan los primeros resultados de control obtenidos. Se demuestra experimentalmente que se pueden obtener errores de posición en torno a 5 nanómetros, con la ventaja de que, en estos materiales, la actuación se produce sin contacto. Los experimentos realizados demuestran que tanto los SMAs como los FSMAs, son serias alternativas para ser utilizados como actuadores de precisión en micromáquinas o incluso, para el caso concreto de los FSMAs, en posicionamiento nanométrico.