O futuro é agora - ligas com memória de forma

Introdução às ligas com memória de forma

Embora pareça ficção científica, os metais que podem mudar de forma e "lembrar" suas formas anteriores são usados atualmente nos setores automotivo, aeroespacial, biomédico e robótico.

Como seus usos são muito diversos, esses metais têm muitos nomes, incluindo liga com memória de forma (SMA), metal inteligente, fio muscular e liga inteligente. Em termos simples, as SMAs são misturas de metal especialmente formuladas que podem voltar a trabalhar em suas formas originais após serem deformadas. O truque aqui é aquecer a SMA deformada até sua "temperatura de transição", o que ativa a propriedade de memória das SMAs para que ela retorne à sua forma anterior. É claro que a liga não se lembra realmente de sua forma original, como uma pessoa se lembra do que comeu no café da manhã. Em vez disso, quando a SMA é fabricada, os metais são processados de forma a estabelecer uma "forma original".

Em seu artigo "Memory Metal", de 1993, George Kauffman e Issac Mayo descrevem o processo de fabricação de uma das SMAs mais versáteis e comuns, uma combinação de níquel e titânio chamada nitinol. "O metal deve ser mantido em posição e aquecido a cerca de 500 °C. A alta temperatura faz com que os átomos se organizem no padrão mais compacto e regular possível, resultando em um arranjo cúbico rígido conhecido como fase de austenita." Depois que essa fase é estabelecida - um processo também chamado de treinamento -, ela está pronta para ser usada.

[1]

As SMAs podem ser divididas em dois tipos: ou têm memória unidirecional ou memória bidirecional. A memória unidirecional indica que o metal pode ser moldado e remodelado para manter diferentes posições, mas, uma vez exposto à sua temperatura de transição, ele retorna à sua forma original. O efeito de memória bidirecional é observado em SMAs que treinam o metal para lembrar uma forma em uma temperatura mais baixa e uma forma diferente em uma temperatura mais alta.

A maneira como são usadas varia de acordo com o setor; as SMAs foram incluídas em projetos aeroespaciais para motores mais silenciosos, acoplamento com memória de forma para tubulações de óleo e água, assentos de carros, "músculos" de robôs e muito mais. As aplicações médicas das SMAs têm sido muito bem-sucedidas. Os stents de SMA são usados em procedimentos de angioplastia de artérias periféricas para manter as artérias abertas, a SMA permite o uso de armações de óculos flexíveis e aparelhos dentários que exercem uma força constante sobre os dentes do usuário.

Se você ainda não viu ligas com memória de forma em ação, provavelmente verá. Novos usos para elas estão sendo imaginados todos os dias. De telefones inteligentes a robótica e motores, as SMAs são um material futurista que está sendo usado atualmente.

[1]

Exemplos de ligas com memória de forma

Há vários tipos de ligas com memória de forma, mas as mais comumente usadas são aquelas baseadas nos seguintes metais:

1. Níquel-Titânio (NiTi): Frequentemente chamado de"Nitinol", esse é o SMA mais conhecido e usado. É uma liga feita de níquel e titânio e é particularmente conhecida por suas excelentes propriedades de memória de forma e biocompatibilidade, o que a torna ideal para aplicações médicas, como stents, fios-guia e aparelhos dentários.

2. Ligas à base de cobre: As ligas de cobre-alumínio-níquel e cobre-zinco-alumínio são outros tipos de SMAs. Embora não sejam tão amplamente utilizadas como o nitinol, elas ainda encontram aplicação em áreas como atuadores, robótica e componentes automotivos. As ligas à base de cobre são normalmente mais baratas, mas também apresentam propriedades mecânicas diferentes das ligas de níquel-titânio.

3. Ligas à base de ferro: São relativamente mais novas em comparação com os outros tipos de SMAs e são usadas para aplicações específicas no setor aeroespacial e em outros setores em que é necessária maior resistência. Geralmente são desenvolvidas para projetos de engenharia especializados.

Usos das ligas com memória de forma

As ligas com memória de forma têm encontrado aplicações em muitos setores devido às suas propriedades exclusivas, desde dispositivos médicos até tecnologias aeroespaciais. Alguns dos principais usos das SMAs incluem:

1. Aplicações médicas: As SMAs são amplamente utilizadas na área médica, principalmente em dispositivos que exigem invasão mínima ou que precisam funcionar sob determinadas condições. Um exemplo bem conhecido é o uso de Nitinol em stents, que são pequenos tubos de malha inseridos em vasos sanguíneos bloqueados. Uma vez inserido, o stent é expandido pela temperatura do corpo, retornando ao seu formato original para abrir o vaso. As SMAs também são usadas em fios-guia para cirurgias minimamente invasivas, dispositivos ortodônticos, como aparelhos ortodônticos, e grampos cirúrgicos.

2. Atuadores: As ligas com memória de forma são usadas em atuadores que convertem energia térmica em trabalho mecânico. Em várias aplicações industriais, as SMAs podem ser usadas em bombas, válvulas e outros dispositivos que exigem um movimento controlado. As ligas fornecem um mecanismo simples e confiável para o movimento, impulsionado por mudanças de temperatura, e são frequentemente usadas em sistemas automáticos ou autorreguláveis.

3. Aeroespacial e robótica: As SMAs são usadas em aplicações aeroespaciais para atuadores e para o controle de superfícies aerodinâmicas, como os flaps e lemes de aeronaves, onde podem responder a mudanças de temperatura durante o voo. Na robótica, as SMAs podem ser usadas para imitar o movimento dos músculos, o que as torna valiosas para a robótica macia, que exige materiais flexíveis e adaptáveis.

4. Eletrônicos de consumo: As SMAs estão sendo cada vez mais usadas em produtos eletrônicos de consumo, principalmente em dispositivos que exigem tamanho compacto e flexibilidade. Os exemplos incluem câmeras com lentes autoajustáveis, óculos automáticos e alguns mecanismos de acionamento em tecnologia vestível.

5. Setor automotivo: No setor automotivo, as SMAs são usadas em sistemas inteligentes, como assentos com controle de temperatura, espelhos automáticos e como parte dos sistemas de acionamento dos veículos. Essas ligas ajudam a criar mecanismos mais eficientes e compactos em comparação com os materiais tradicionais.

6. Materiais e sistemas inteligentes: As SMAs também podem ser incorporadas a materiais e sistemas inteligentes, que são usados para aplicações que exigem capacidade de resposta a estímulos ambientais. Eles podem ser usados em edifícios ou infraestruturas em que os materiais mudam de forma em resposta a flutuações de temperatura, proporcionando recursos de autocura ou adaptação.

Conclusão

As ligas com memória de forma representam um avanço significativo na ciência dos materiais graças à sua capacidade de retornar a uma forma predefinida sob a influência da temperatura. De stents e atuadores médicos a aplicações aeroespaciais, as SMAs provaram ser materiais valiosos com grande potencial para inovações futuras. Com a continuidade das pesquisas sobre SMAs, é provável que vejamos usos ainda mais avançados desses materiais nos próximos anos, aumentando ainda mais seu valor em aplicações industriais e cotidianas. Para obter mais detalhes, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).

Referências:

[1] NASA (2025, 20 de fevereiro). Os materiais com memória de forma da NASA abrem portas para a tecnologia inteligente. PROGRAMA DE TRANSFERÊNCIA DE TECNOLOGIA DA NASA. Recuperado em 20 de fevereiro de 2025, de https://technology.nasa.gov/