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Espuma inteligente
Los investigadores han creado un tipo de aleación con memoria de forma más ligera y potencialmente más barata: materiales que cambian de forma en respuesta a un campo magnético pero que recuerdan su forma original. El nuevo material, una espuma porosa hecha de una aleación de níquel-manganeso-galio, se estira ligeramente cuando se expone a un campo magnético. Conserva su nueva forma cuando el campo está desactivado, pero vuelve a su forma original cuando el campo se gira 90 grados.
Espuma de memoria: Una espuma de níquel-manganeso-galio tiene las propiedades de memoria de forma de la aleación, pero es más liviana y más barata de fabricar que otras formas del material.
La mayoría de las aleaciones con memoria de forma son impulsadas por cambios de temperatura. Sin embargo, las aleaciones impulsadas magnéticamente responden más rápido que las que responden a la temperatura. Otra ventaja importante de los materiales que cambian de forma bajo un campo magnético es que pueden activarse a distancia, dice Robert O'Handley , investigadora de ingeniería y ciencia de los materiales en el MIT. Debido a que los materiales con memoria de forma magnética se pueden cambiar de forma remota, dice que son particularmente prometedores para aplicaciones biomédicas. Podría hacer un stent, donde se le aplica un campo magnético desde el exterior del cuerpo y se abre gradualmente una arteria, dice.
Pero las aleaciones con memoria de forma magnética han sido difíciles y costosas de fabricar. La nueva aleación podría ser más barata y más fácil de sintetizar.
Y podría ser útil en dispositivos que necesitan un posicionamiento muy preciso, repetible y rápido, dice David Dunand , profesor de ingeniería y ciencia de los materiales en la Universidad Northwestern. Dunand dirigió el trabajo sobre la nueva aleación con Peter Mullner , profesor asociado de la Universidad Estatal de Boise. Estos dispositivos incluyen microscopios, espejos diminutos utilizados en la comunicación óptica y robots utilizados en medicina. Debido a que la espuma es liviana, podría conducir a aplicaciones aeroespaciales, como alas de avión que se transforman para volverse más aerodinámicas.
La aleación que utilizaron Dunand y sus colegas no es nueva. Se sabe que los monocristales de níquel-manganeso-galio se estiran un 10 por ciento cuando se exponen a un campo magnético. Pero los monocristales, en los que todos los átomos están empaquetados en un patrón regular y repetitivo, son costosos y su fabricación requiere mucho tiempo.
Normalmente, el problema es que en los metales policristalinos, los cristales individuales tienen orientaciones aleatorias. En presencia de un campo magnético, se estiran en diferentes direcciones, empujándose entre sí y cancelando el movimiento del otro, dice Dunand. El sueño es hacer un policristal pero de alguna manera dar espacio a [los cristales individuales] para que puedan moverse y no cancelar los movimientos de los demás. Esto es precisamente lo que ocurre en la espuma debido a los poros. Los diminutos cristales de la aleación tienen espacio para estirarse y la espuma cambia de forma. El cambio es minúsculo en este momento, solo el 0,12 por ciento, pero es un comienzo, dice Dunand.
Hacer la espuma es económico y fácil. Los investigadores vierten una aleación fundida en una pieza porosa de sal de aluminato de sodio. Una vez que la aleación se enfría, los investigadores disuelven la sal con ácido, dejando una estructura esponjosa de la aleación. La espuma es una ruta de preparación bastante prometedora, significativamente más eficiente en comparación con el crecimiento de monocristales, dice Sebastián Fahler , quien estudia aleaciones con memoria de forma en el Instituto Leibniz de Investigación de Materiales y Estado Sólido, en Dresde, Alemania. Pero el cambio de forma tendrá que ser mucho mayor que el 0,12 por ciento para tener aplicaciones prácticas, dice.
Dunand y sus colegas tienen un plan para aumentar el cambio de forma de la espuma. Al igual que una esponja, la espuma tiene puntales conectados en los nodos, explica. Cada puntal en este momento contiene múltiples cristales diminutos. Estos cristales todavía están cancelando el movimiento de los demás hasta cierto punto, por lo que el cambio general en la espuma es solo del 0,12 por ciento.
Para obtener un cambio de forma más grande, dice Dunand, el truco será hacer que cada puntal se comporte como un solo cristal, de modo que la espuma en su conjunto sea más como un solo cristal. Eso significa que los investigadores tendrían que hacer que los cristales individuales abarquen cada uno de los puntales de la espuma.
El material aún enfrentará competencia. Las aleaciones de níquel-titanio con memoria de forma, que son adecuadas para su uso en el interior del cuerpo y son impulsadas por la temperatura, ya se emplean para fabricar stents.
Para aplicaciones de microposicionamiento, dice O'Handley, el material tendrá que competir con materiales piezoeléctricos como el cuarzo y el titanato de plomo, que se deforman en respuesta a la corriente eléctrica. Pero debido a que el proceso para hacer la espuma es fácil y barato, dice que acerca el níquel-manganeso-galio a ser competitivo en costos con los materiales piezoeléctricos.