Gde god su električni motori ili elektromagneti preveliki ili preteški da bi bili ugrađeni u tehničku komponentu, novi pogonski mehanizmi koje je razvio istraživački tim predvođen profesorima Stefanom Seeleckeom i Paulom Motzkijem sa Univerziteta Sarland mogu pomoći u uštedi prostora, težine i energije.
Njihovi diskovi sa memorijom oblika imaju prečnik od 300–400 mikrona i ultralaki su i veoma energetski efikasni. Koristeći veštačke mišiće napravljene od legure nikl-titanijuma, tim je u stanju da napravi minijaturne pogonske komponente za upotrebu u veoma skučenim, ali i mnogo većim prostorima. Istraživački tim će predstaviti svoju tehnologiju na ovogodišnjem Hanover Messeu.
U današnjem svetu, sve više tehnologije mora da se ugradi u sve manje prostore. Prostor je na prvom mestu u automobilima, avionima i drugim mašinama i uređajima. A ukupna težina je još jedan važan faktor. Što je vozilo lakše, potrebno mu je manje goriva, ili u slučaju električnih vozila, baterija će duže trajati. U budućnosti, nova vrsta tehnologije koja je trenutno u razvoju mogla bi pomoći da se komponente učine manjim i lakšim i da troše manje energije.
Istraživački tim koji predvode stručnjaci za pametne materijale Stefan Seelecke i Paul Motzki, sa sedištem na Univerzitetu Saarland i Centru za mehatroniku i tehnologiju automatizacije (ZeMA) u Sarbrikenu, razvija nove komponente sa ciljem da se proizvode komercijalno.
Naučnici iz Sarbrikena koriste svojstva inteligentnih materijala kako bi obezbedili pogonske komponente sa veštačkim mišićima. Ove komponente nalaze primenu gde god nešto mora da se okreće ili gde prekidači moraju biti instalirani u uskim prostorima. U stvari, oni mogu da isporuče vrstu rotacionog kretanja velikog obrtnog momenta i velikog ugla koji trenutno zahteva upotrebu mnogo većih motora, ili hidrauličnih ili pneumatskih sistema.
Prototip koji istraživački tim prikazuje na ovogodišnjem Hanover Messe-u od 17. do 21. aprila (hala 002, štand B34) sadrži niti veštačkih ‘mišića’ napravljenih od ultratankih nikl-titanijumskih žica koje se mogu skupljati ili opuštati u zavisnosti od primenjene struje. Žice su u stanju da ispolje značajnu zateznu silu na veoma kratkoj udaljenosti. „Ovi veštački mišići napravljeni od legure nikl-titanijuma imaju najveću gustinu energije od svih poznatih pogonskih mehanizama“, objasnio je profesor Stefan Seelecke.
Ultrafine žice se skupljaju ili opuštaju kao prava mišićna vlakna, u zavisnosti od toga da li teče električna struja ili ne. „Legura nikl-titanijuma je ono što je poznato kao materijal za pamćenje oblika. Na nivou kristalne rešetke, materijal može postojati u dve faze koje se mogu transformisati jedna u drugu. Kada je materijal u jednoj fazi, on ‘pamti’ struktura rešetke u drugoj fazi i transformiše se u tu strukturu kada se, recimo, promeni temperatura“, rekao je Stefan Seeleke.
Ako električna struja teče kroz žicu napravljenu od nikl-titanijuma, materijal se zagreva, što dovodi do toga da usvoji drugačiju kristalnu strukturu, što rezultira kraćom žicom. Kada se struja isključi, žica se hladi i vraća na prvobitnu dužinu. Istraživački tim stvara snopove ovih finih žica za pamćenje oblika, baš kao što su mišićna vlakna u prirodi grupisana u snopove vlakana.
„Što više žica imamo, to je veća površina i brže možemo da rasipamo toplotu, što znači brže opuštanje nakon kontrakcije“, objasnio je Pol Mocki koji je međuinstitucionalni profesor u oblasti pametnih sistema materijala za inovativnu proizvodnju na Univerzitetu Saarland i na ZeMA.
Inženjeri mogu da kontrolišu kretanje ovih veštačkih mišića tako da se skupljaju i opuštaju kao prava mišićna vlakna. A pošto im nisu potrebni dodatni senzori, ovi pogonski sistemi štede prostor i energiju. Senzori im nisu potrebni jer i sami veštački mišići služe kao senzori.
„Kada žice promene oblik, menja se i njihov električni otpor. Možemo da dodelimo precizne vrednosti otpora svakoj deformaciji, što omogućava da se izvuku senzorni podaci“, rekao je Pol Mocki. Istraživači inženjeri koriste ove izmerene vrednosti za modeliranje i programiranje preciznih sekvenci pokreta.
Zatim mogu da naprave komponente na modularan način koristeći ove veštačke mišiće koji se precizno kontrolišu, prilagođavajući svoje dizajne potrebama svake specifične primene. Na primer, ako žele da se nešto okreće, inženjeri nateraju žice da se skupe i povuku zupčanik. I kao i kod pravih mišića, inženjeri koriste dva mišića koja rade u suprotnosti.
„Mi koristimo naše žice za memoriju oblika u parove agonista i antagonista koji rade zajedno kao mišići fleksora i ekstenzora, tako da je rotacija moguća u oba smera. Kada se žica skupi, poluga pretvara linearnu kontrakciju u odgovarajući ugao rotacije. što je poluga kraća, to je veći ugao rotacije“, objasnio je Pol Mocki. „Razvili smo patentirani mehanizam zupčanika koji pretvara linearno u rotaciono kretanje, a prototip ćemo izložiti na ovogodišnjem Hanoveru,“ dodao je on.
Tehnologija je takođe skalabilna, tako da se mogu proizvoditi i veće tehničke komponente. Za razliku od motora sa unutrašnjim sagorevanjem ili elektromotora i za razliku od pneumatskih ili hidrauličnih sistema, tehnologija koja se razvija u Sarbrikenu ne proizvodi ni buku ni izduvne gasove, i nije joj potrebna dodatna oprema kao što su creva, ventili, pumpe ili kompresori, ili retke zemlje. Dok je u Hanover Messe-u, istraživački tim će takođe tražiti partnere sa kojima mogu da razviju svoju tehnologiju za nove aplikacije.
