Nature.com-এ আসার জন্য আপনাকে ধন্যবাদ। আপনি যে ব্রাউজার সংস্করণটি ব্যবহার করছেন তাতে CSS-এর সমর্থন সীমিত। সর্বোত্তম অভিজ্ঞতার জন্য, আমরা আপনাকে একটি হালনাগাদ ব্রাউজার ব্যবহার করার পরামর্শ দিচ্ছি (অথবা ইন্টারনেট এক্সপ্লোরারে কম্প্যাটিবিলিটি মোড নিষ্ক্রিয় করুন)। আপাতত, নিরবচ্ছিন্ন সমর্থন নিশ্চিত করার জন্য, আমরা স্টাইল এবং জাভাস্ক্রিপ্ট ছাড়াই সাইটটি রেন্ডার করব।
অ্যাকচুয়েটর সর্বত্র ব্যবহৃত হয় এবং উৎপাদন ও শিল্প অটোমেশনে বিভিন্ন কার্যক্রম সম্পাদনের জন্য সঠিক এক্সাইটেশন ফোর্স বা টর্ক প্রয়োগ করে নিয়ন্ত্রিত গতি তৈরি করে। দ্রুততর, ক্ষুদ্রতর এবং অধিকতর কার্যকর ড্রাইভের প্রয়োজনীয়তা ড্রাইভ ডিজাইনে উদ্ভাবনকে চালিত করছে। শেপ মেমোরি অ্যালয় (SMA) ড্রাইভ প্রচলিত ড্রাইভের তুলনায় বেশ কিছু সুবিধা প্রদান করে, যার মধ্যে উচ্চ পাওয়ার-টু-ওয়েট রেশিও অন্যতম। এই গবেষণাপত্রে, একটি দ্বি-পালকযুক্ত SMA-ভিত্তিক অ্যাকচুয়েটর তৈরি করা হয়েছে যা জৈবিক সিস্টেমের পালকসদৃশ পেশীর সুবিধা এবং SMA-এর অনন্য বৈশিষ্ট্যসমূহকে একত্রিত করে। এই গবেষণাটি বাইমোডাল SMA তারের বিন্যাসের উপর ভিত্তি করে নতুন অ্যাকচুয়েটরটির একটি গাণিতিক মডেল তৈরি করে এবং পরীক্ষামূলকভাবে তা যাচাই করার মাধ্যমে পূর্ববর্তী SMA অ্যাকচুয়েটরগুলোকে অন্বেষণ ও প্রসারিত করেছে। SMA-ভিত্তিক পরিচিত ড্রাইভগুলোর তুলনায়, নতুন ড্রাইভটির অ্যাকচুয়েশন ফোর্স কমপক্ষে ৫ গুণ বেশি (১৫০ N পর্যন্ত)। এর সাথে সঙ্গতিপূর্ণ ওজন হ্রাস প্রায় ৬৭%। গাণিতিক মডেলের সংবেদনশীলতা বিশ্লেষণের ফলাফল ডিজাইন প্যারামিটার সমন্বয় এবং মূল প্যারামিটারগুলো বোঝার জন্য সহায়ক। এই গবেষণাটি আরও একটি মাল্টি-লেভেল N-তম পর্যায়ের ড্রাইভ উপস্থাপন করে যা ডাইনামিক্সকে আরও উন্নত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। SMA-ভিত্তিক ডাইপভ্যালেরেট মাসল অ্যাকচুয়েটরের ভবন অটোমেশন থেকে শুরু করে নির্ভুল ঔষধ সরবরাহ ব্যবস্থা পর্যন্ত বিস্তৃত প্রয়োগ রয়েছে।
জৈবিক ব্যবস্থা, যেমন স্তন্যপায়ী প্রাণীদের পেশী কাঠামো, অনেক সূক্ষ্ম চালককে সক্রিয় করতে পারে¹। স্তন্যপায়ী প্রাণীদের বিভিন্ন পেশী কাঠামো রয়েছে, যার প্রত্যেকটি একটি নির্দিষ্ট উদ্দেশ্য পূরণ করে। যাইহোক, স্তন্যপায়ী পেশী কলার কাঠামোর বেশিরভাগ অংশকে দুটি বিস্তৃত বিভাগে বিভক্ত করা যেতে পারে: প্যারালাল এবং পিনেট। হ্যামস্ট্রিং এবং অন্যান্য ফ্লেক্সর পেশীতে, নাম থেকেই বোঝা যায়, প্যারালাল পেশীকলার পেশীতন্তুগুলো কেন্দ্রীয় টেন্ডনের সমান্তরালে থাকে। পেশীতন্তুর শৃঙ্খলটি সারিবদ্ধ থাকে এবং তাদের চারপাশের যোজক কলা দ্বারা কার্যকরীভাবে সংযুক্ত থাকে। যদিও এই পেশীগুলোর একটি বড় প্রসারণ (শতাংশ সংকোচন) রয়েছে বলে মনে করা হয়, তাদের সামগ্রিক পেশী শক্তি খুব সীমিত। এর বিপরীতে, ট্রাইসেপস কাফ পেশী² (ল্যাটারাল গ্যাস্ট্রোকনেমিয়াস (GL)³, মিডিয়াল গ্যাস্ট্রোকনেমিয়াস (GM)⁴ এবং সোলিয়াস (SOL)) এবং এক্সটেনসর ফেমোরিস (কোয়াড্রিসেপস)⁵,⁶-এর প্রতিটি পেশীতে পিনেট পেশী কলা পাওয়া যায়⁷। পিনেট কাঠামোতে, বাইপিনেট পেশীকলার পেশীতন্তুগুলো কেন্দ্রীয় টেন্ডনের উভয় পাশে তির্যক কোণে (পিনেট কোণ) অবস্থান করে। পিনেট শব্দটি ল্যাটিন শব্দ “পেনা” থেকে এসেছে, যার অর্থ “কলম”, এবং চিত্র ১-এ যেমন দেখানো হয়েছে, এর একটি পালকের মতো চেহারা রয়েছে। পিনেট পেশীর তন্তুগুলো ছোট হয় এবং পেশীর অনুদৈর্ঘ্য অক্ষের সাথে কোণাকুণিভাবে থাকে। পিনেট কাঠামোর কারণে, এই পেশীগুলোর সামগ্রিক সচলতা হ্রাস পায়, যা সংকোচন প্রক্রিয়ার অনুপ্রস্থ এবং অনুদৈর্ঘ্য উপাদানগুলোর দিকে পরিচালিত করে। অন্যদিকে, শারীরবৃত্তীয় প্রস্থচ্ছেদ ক্ষেত্রফল পরিমাপের পদ্ধতির কারণে এই পেশীগুলোর সক্রিয়করণ উচ্চতর সামগ্রিক পেশী শক্তির দিকে পরিচালিত করে। অতএব, একটি নির্দিষ্ট প্রস্থচ্ছেদ ক্ষেত্রফলের জন্য, পিনেট পেশীগুলো সমান্তরাল তন্তুযুক্ত পেশীর চেয়ে শক্তিশালী হবে এবং উচ্চতর বল উৎপন্ন করবে। স্বতন্ত্র তন্তু দ্বারা উৎপন্ন বল সেই পেশী কলার মধ্যে একটি ম্যাক্রোস্কোপিক স্তরে পেশী বল তৈরি করে। এছাড়াও, এর দ্রুত সংকোচন, টানজনিত ক্ষতি থেকে সুরক্ষা এবং কুশনিং-এর মতো অনন্য বৈশিষ্ট্য রয়েছে। এটি পেশীর কার্যরেখার সাথে যুক্ত তন্তু বিন্যাসের অনন্য বৈশিষ্ট্য এবং জ্যামিতিক জটিলতাকে কাজে লাগিয়ে তন্তুর অবদান এবং পেশীর শক্তি উৎপাদনের মধ্যকার সম্পর্ককে রূপান্তরিত করে।
দ্বিমুখী পেশী স্থাপত্যের সাথে সম্পর্কিত বিদ্যমান SMA-ভিত্তিক অ্যাকচুয়েটর ডিজাইনের স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম দেখানো হয়েছে, উদাহরণস্বরূপ (ক), স্পর্শ বলের মিথস্ক্রিয়াকে উপস্থাপন করে যেখানে SMA তার দ্বারা চালিত একটি হাত-আকৃতির ডিভাইস একটি দুই-চাকার স্বায়ত্তশাসিত মোবাইল রোবটে লাগানো থাকে৯,১০। , (খ) প্রতিপক্ষীয়ভাবে স্থাপিত SMA স্প্রিং-লোডযুক্ত অরবিটাল প্রস্থেসিস সহ রোবোটিক অরবিটাল প্রস্থেসিস। কৃত্রিম চোখের অবস্থান চোখের অকুলার পেশী থেকে আসা একটি সংকেত দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়১১, (গ) SMA অ্যাকচুয়েটরগুলি তাদের উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিক্রিয়া এবং কম ব্যান্ডউইথের কারণে পানির নিচের অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আদর্শ। এই কনফিগারেশনে, মাছের নড়াচড়া অনুকরণ করে তরঙ্গ গতি তৈরি করতে SMA অ্যাকচুয়েটর ব্যবহার করা হয়, (d) চ্যানেল ১০-এর ভিতরে SMA তারের নড়াচড়া দ্বারা নিয়ন্ত্রিত, ইঞ্চ ওয়ার্ম গতির নীতি ব্যবহার করতে সক্ষম একটি মাইক্রো পাইপ পরিদর্শন রোবট তৈরি করতে SMA অ্যাকচুয়েটর ব্যবহার করা হয়, (e) গ্যাস্ট্রোকনেমিয়াস টিস্যুতে পেশী তন্তুর সংকোচনের দিক এবং সংকোচনশীল বল তৈরি করা দেখায়, (f) পিনেট পেশী কাঠামোতে পেশী তন্তুর আকারে সজ্জিত SMA তারগুলি দেখায়।
অ্যাকচুয়েটরগুলো তাদের ব্যাপক প্রয়োগের কারণে যান্ত্রিক সিস্টেমের একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ হয়ে উঠেছে। তাই, আরও ছোট, দ্রুত এবং আরও দক্ষ ড্রাইভের প্রয়োজনীয়তা অত্যন্ত জরুরি হয়ে পড়েছে। সুবিধা থাকা সত্ত্বেও, প্রচলিত ড্রাইভগুলো ব্যয়বহুল এবং রক্ষণাবেক্ষণে সময়সাপেক্ষ বলে প্রমাণিত হয়েছে। হাইড্রোলিক এবং নিউম্যাটিক অ্যাকচুয়েটরগুলো জটিল ও ব্যয়বহুল এবং এগুলো ক্ষয়, লুব্রিকেশন সমস্যা এবং যন্ত্রাংশ বিকল হওয়ার ঝুঁকিতে থাকে। এই চাহিদার পরিপ্রেক্ষিতে, স্মার্ট উপকরণের উপর ভিত্তি করে সাশ্রয়ী, আকার-অনুকূলিত এবং উন্নত অ্যাকচুয়েটর তৈরির উপর মনোযোগ দেওয়া হচ্ছে। এই চাহিদা মেটাতে চলমান গবেষণায় শেপ মেমোরি অ্যালয় (SMA) স্তরযুক্ত অ্যাকচুয়েটরের দিকে নজর দেওয়া হচ্ছে। স্তরভিত্তিক অ্যাকচুয়েটরগুলো এই কারণে অনন্য যে, এগুলো বর্ধিত ও প্রসারিত কার্যকারিতা প্রদানের জন্য অনেকগুলো বিচ্ছিন্ন অ্যাকচুয়েটরকে জ্যামিতিকভাবে জটিল ম্যাক্রো স্কেল সাবসিস্টেমে একত্রিত করে। এই প্রসঙ্গে, উপরে বর্ণিত মানব পেশী টিস্যু এই ধরনের বহুস্তরীয় অ্যাকচুয়েশনের একটি চমৎকার উদাহরণ প্রদান করে। বর্তমান গবেষণায় একটি বহু-স্তরীয় SMA ড্রাইভের বর্ণনা দেওয়া হয়েছে, যেখানে বাইমোডাল পেশীতে উপস্থিত ফাইবারের বিন্যাসের সাথে সামঞ্জস্য রেখে বেশ কয়েকটি স্বতন্ত্র ড্রাইভ উপাদান (SMA তার) সাজানো থাকে, যা ড্রাইভের সামগ্রিক কর্মক্ষমতা উন্নত করে।
একটি অ্যাকচুয়েটরের প্রধান উদ্দেশ্য হলো বৈদ্যুতিক শক্তিকে রূপান্তরিত করে বল এবং সরণের মতো যান্ত্রিক শক্তি উৎপাদন করা। শেপ মেমোরি অ্যালয় (SMA) হলো এক শ্রেণীর “স্মার্ট” উপাদান যা উচ্চ তাপমাত্রায় তার আকৃতি পুনরুদ্ধার করতে পারে। উচ্চ লোডের অধীনে, SMA তারের তাপমাত্রা বৃদ্ধি তার আকৃতি পুনরুদ্ধার করে, যার ফলে বিভিন্ন সরাসরি সংযুক্ত স্মার্ট উপাদানের তুলনায় উচ্চতর অ্যাকচুয়েশন শক্তি ঘনত্ব পাওয়া যায়। একই সময়ে, যান্ত্রিক লোডের অধীনে, SMA ভঙ্গুর হয়ে পড়ে। নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে, একটি চক্রীয় লোড যান্ত্রিক শক্তি শোষণ এবং নির্গত করতে পারে, যা বিপরীতমুখী হিস্টেরেসিস আকৃতি পরিবর্তন প্রদর্শন করে। এই অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলো SMA-কে সেন্সর, কম্পন প্রশমন এবং বিশেষ করে অ্যাকচুয়েটরের জন্য আদর্শ করে তোলে¹²। এই বিষয়টি মাথায় রেখে, SMA-ভিত্তিক ড্রাইভ নিয়ে প্রচুর গবেষণা হয়েছে। এটি উল্লেখ্য যে, SMA-ভিত্তিক অ্যাকচুয়েটরগুলো বিভিন্ন ধরনের প্রয়োগের জন্য স্থানান্তরণ এবং ঘূর্ণন গতি প্রদানের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে¹³,¹⁴,¹⁵। যদিও কিছু ঘূর্ণনশীল অ্যাকচুয়েটর তৈরি করা হয়েছে, গবেষকরা বিশেষ করে রৈখিক অ্যাকচুয়েটরের প্রতি আগ্রহী। এই লিনিয়ার অ্যাকচুয়েটরগুলিকে তিন প্রকারের অ্যাকচুয়েটরে ভাগ করা যায়: এক-মাত্রিক, সরণ এবং ডিফারেনশিয়াল অ্যাকচুয়েটর 16। প্রাথমিকভাবে, SMA এবং অন্যান্য প্রচলিত ড্রাইভের সমন্বয়ে হাইব্রিড ড্রাইভ তৈরি করা হয়েছিল। SMA-ভিত্তিক হাইব্রিড লিনিয়ার অ্যাকচুয়েটরের এমনই একটি উদাহরণ হল একটি ডিসি মোটরের সাথে SMA তারের ব্যবহার, যা প্রায় 100 N আউটপুট বল এবং উল্লেখযোগ্য সরণ প্রদান করে17।
সম্পূর্ণরূপে SMA-ভিত্তিক ড্রাইভের প্রথম উদ্ভাবনগুলোর মধ্যে একটি ছিল SMA প্যারালাল ড্রাইভ। একাধিক SMA তার ব্যবহার করে, সমস্ত SMA18 তারকে সমান্তরালে স্থাপন করে ড্রাইভের শক্তি ক্ষমতা বাড়ানোর জন্য SMA-ভিত্তিক প্যারালাল ড্রাইভ ডিজাইন করা হয়। অ্যাকচুয়েটরের সমান্তরাল সংযোগের জন্য কেবল বেশি শক্তিরই প্রয়োজন হয় না, বরং এটি একটি একক তারের আউটপুট শক্তিকেও সীমিত করে। SMA-ভিত্তিক অ্যাকচুয়েটরের আরেকটি অসুবিধা হলো এদের সীমিত সরণ। এই সমস্যা সমাধানের জন্য, একটি SMA কেবল বিম তৈরি করা হয়েছিল যাতে একটি বিচ্যুত নমনীয় বিম ছিল, যা সরণ বাড়াতে এবং রৈখিক গতি অর্জন করতে সাহায্য করে, কিন্তু উচ্চতর বল তৈরি করে না19। শেপ মেমোরি অ্যালয়ের উপর ভিত্তি করে রোবটের জন্য নরম বিকৃতিযোগ্য কাঠামো এবং কাপড় প্রাথমিকভাবে অভিঘাত বিবর্ধনের জন্য তৈরি করা হয়েছে20,21,22। যেসব ক্ষেত্রে উচ্চ গতির প্রয়োজন হয়, সেখানে মাইক্রোপাম্প চালিত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য থিন ফিল্ম SMA ব্যবহার করে কমপ্যাক্ট চালিত পাম্পের কথা জানা গেছে23। ড্রাইভারের গতি নিয়ন্ত্রণের ক্ষেত্রে থিন ফিল্ম SMA মেমব্রেনের ড্রাইভ ফ্রিকোয়েন্সি একটি মূল বিষয়। তাই, SMA স্প্রিং বা রড মোটরের তুলনায় SMA লিনিয়ার মোটরের ডায়নামিক রেসপন্স ভালো। সফট রোবোটিক্স এবং গ্রিপিং প্রযুক্তি হলো আরও দুটি অ্যাপ্লিকেশন যেখানে SMA-ভিত্তিক অ্যাকচুয়েটর ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, 25 N স্পেস ক্ল্যাম্পে ব্যবহৃত স্ট্যান্ডার্ড অ্যাকচুয়েটর প্রতিস্থাপন করার জন্য, একটি শেপ মেমোরি অ্যালয় প্যারালাল অ্যাকচুয়েটর 24 তৈরি করা হয়েছিল। অন্য একটি ক্ষেত্রে, একটি তারের উপর ভিত্তি করে একটি SMA সফট অ্যাকচুয়েটর তৈরি করা হয়েছিল যার মধ্যে একটি এমবেডেড ম্যাট্রিক্স ছিল, যা সর্বোচ্চ 30 N টানার বল তৈরি করতে সক্ষম। তাদের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের কারণে, SMA জৈবিক ঘটনা অনুকরণকারী অ্যাকচুয়েটর তৈরি করতেও ব্যবহৃত হয়। এই ধরনের একটি উদ্ভাবনের মধ্যে রয়েছে একটি 12-কোষের রোবট যা একটি কেঁচোর মতো জীবের বায়োমিমেটিক এবং এতে ফায়ার করার জন্য সাইনুসয়েডাল গতি তৈরি করতে SMA ব্যবহার করা হয়26,27।
পূর্বে যেমন উল্লেখ করা হয়েছে, বিদ্যমান SMA-ভিত্তিক অ্যাকচুয়েটরগুলো থেকে প্রাপ্ত সর্বোচ্চ বলের একটি সীমা রয়েছে। এই সমস্যাটির সমাধানের জন্য, এই গবেষণায় একটি বায়োমিমেটিক বাইমোডাল মাসল কাঠামো উপস্থাপন করা হয়েছে, যা শেপ মেমোরি অ্যালয় ওয়্যার দ্বারা চালিত। এটি একটি শ্রেণিবিন্যাস ব্যবস্থা প্রদান করে, যার মধ্যে বিভিন্ন শেপ মেমোরি অ্যালয় ওয়্যার অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। আজ পর্যন্ত, সাহিত্যে অনুরূপ স্থাপত্যের কোনো SMA-ভিত্তিক অ্যাকচুয়েটরের কথা উল্লেখ করা হয়নি। বাইমোডাল মাসল অ্যালাইনমেন্টের সময় SMA-এর আচরণ অধ্যয়নের জন্য SMA-ভিত্তিক এই অনন্য এবং অভিনব সিস্টেমটি তৈরি করা হয়েছিল। বিদ্যমান SMA-ভিত্তিক অ্যাকচুয়েটরগুলোর তুলনায়, এই গবেষণার লক্ষ্য ছিল একটি বায়োমিমেটিক ডাইভ্যালেরেট অ্যাকচুয়েটর তৈরি করা, যা অল্প আয়তনে উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি বল উৎপন্ন করতে পারে। HVAC বিল্ডিং অটোমেশন এবং কন্ট্রোল সিস্টেমে ব্যবহৃত প্রচলিত স্টেপার মোটর চালিত ড্রাইভের তুলনায়, প্রস্তাবিত SMA-ভিত্তিক বাইমোডাল ড্রাইভ ডিজাইনটি ড্রাইভ মেকানিজমের ওজন ৬৭% কমিয়ে দেয়। পরবর্তীতে, "মাসল" এবং "ড্রাইভ" শব্দ দুটি পরস্পর পরিবর্তনযোগ্যভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। এই গবেষণাটি এই ধরনের একটি ড্রাইভের মাল্টিফিজিক্স সিমুলেশন অনুসন্ধান করে। এই ধরনের সিস্টেমের যান্ত্রিক আচরণ পরীক্ষামূলক এবং বিশ্লেষণাত্মক পদ্ধতির মাধ্যমে অধ্যয়ন করা হয়েছে। ৭ ভোল্ট ইনপুট ভোল্টেজে বল এবং তাপমাত্রার বণ্টন আরও তদন্ত করা হয়েছিল। পরবর্তীতে, মূল প্যারামিটার এবং আউটপুট বলের মধ্যে সম্পর্ক আরও ভালোভাবে বোঝার জন্য একটি প্যারামেট্রিক বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। পরিশেষে, কৃত্রিম অঙ্গের জন্য অ-চৌম্বকীয় অ্যাকচুয়েটরের একটি সম্ভাব্য ভবিষ্যৎ ক্ষেত্র হিসেবে শ্রেণিবদ্ধ অ্যাকচুয়েটরের ধারণা করা হয়েছে এবং শ্রেণিবদ্ধ স্তরের প্রভাব প্রস্তাব করা হয়েছে। পূর্বোক্ত গবেষণার ফলাফল অনুসারে, একক-পর্যায়ের স্থাপত্যের ব্যবহার রিপোর্ট করা SMA-ভিত্তিক অ্যাকচুয়েটরের তুলনায় অন্তত চার থেকে পাঁচ গুণ বেশি বল উৎপন্ন করে। এছাড়াও, একটি বহু-স্তরীয় ড্রাইভ দ্বারা উৎপন্ন একই চালিকা শক্তি প্রচলিত SMA-ভিত্তিক ড্রাইভের তুলনায় দশ গুণেরও বেশি বলে দেখানো হয়েছে। এরপর গবেষণাটি বিভিন্ন ডিজাইন এবং ইনপুট ভেরিয়েবলের মধ্যে সংবেদনশীলতা বিশ্লেষণের মাধ্যমে মূল প্যারামিটারগুলো রিপোর্ট করে। SMA তারের প্রাথমিক দৈর্ঘ্য (\(l_0\)), পিনেট কোণ (\(\alpha\)) এবং প্রতিটি স্বতন্ত্র স্ট্র্যান্ডে একক স্ট্র্যান্ডের সংখ্যা (n) চালিকা শক্তির মাত্রার উপর একটি শক্তিশালী নেতিবাচক প্রভাব ফেলে। শক্তি, যেখানে ইনপুট ভোল্টেজ (শক্তি) ধনাত্মকভাবে সম্পর্কযুক্ত বলে প্রমাণিত হয়েছে।
এসএমএ (SMA) তার নিকেল-টাইটানিয়াম (Ni-Ti) সংকর ধাতু পরিবারে দেখা যাওয়া আকৃতি স্মৃতি প্রভাব (SME) প্রদর্শন করে। সাধারণত, এসএমএ-তে দুটি তাপমাত্রা-নির্ভর দশা দেখা যায়: একটি নিম্ন-তাপমাত্রার দশা এবং একটি উচ্চ-তাপমাত্রার দশা। ভিন্ন ভিন্ন স্ফটিক কাঠামোর উপস্থিতির কারণে উভয় দশারই স্বতন্ত্র বৈশিষ্ট্য রয়েছে। রূপান্তর তাপমাত্রার উপরে বিদ্যমান অস্টেনাইট দশায় (উচ্চ-তাপমাত্রার দশা), উপাদানটি উচ্চ শক্তি প্রদর্শন করে এবং ভারের অধীনে খুব কম বিকৃত হয়। এই সংকর ধাতু স্টেইনলেস স্টিলের মতো আচরণ করে, তাই এটি উচ্চতর চালনা চাপ সহ্য করতে সক্ষম। নিকেল-টাইটানিয়াম সংকর ধাতুর এই বৈশিষ্ট্যকে কাজে লাগিয়ে, এসএমএ তারগুলোকে হেলিয়ে একটি অ্যাকচুয়েটর তৈরি করা হয়। বিভিন্ন পরামিতি এবং বিভিন্ন জ্যামিতির প্রভাবে এসএমএ-এর তাপীয় আচরণের মৌলিক বলবিদ্যা বোঝার জন্য উপযুক্ত বিশ্লেষণাত্মক মডেল তৈরি করা হয়েছে। পরীক্ষামূলক এবং বিশ্লেষণাত্মক ফলাফলের মধ্যে ভালো সামঞ্জস্য পাওয়া গেছে।
SMA-ভিত্তিক একটি বাইমোডাল ড্রাইভের কার্যকারিতা মূল্যায়নের জন্য চিত্র 9a-তে দেখানো প্রোটোটাইপের উপর একটি পরীক্ষামূলক গবেষণা চালানো হয়েছিল। এই বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে দুটি, ড্রাইভ দ্বারা উৎপন্ন বল (পেশী বল) এবং SMA তারের তাপমাত্রা (SMA তাপমাত্রা), পরীক্ষামূলকভাবে পরিমাপ করা হয়েছিল। ড্রাইভের তারের সম্পূর্ণ দৈর্ঘ্য বরাবর ভোল্টেজের পার্থক্য বাড়ার সাথে সাথে জুল তাপীয় প্রভাবের কারণে তারের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়। ইনপুট ভোল্টেজ দুটি ১০-সেকেন্ডের চক্রে প্রয়োগ করা হয়েছিল (চিত্র 2a, b-তে লাল বিন্দু হিসাবে দেখানো হয়েছে) এবং প্রতিটি চক্রের মধ্যে ১৫-সেকেন্ডের শীতলীকরণ সময় ছিল। একটি পিজোইলেকট্রিক স্ট্রেইন গেজ ব্যবহার করে ব্লকিং ফোর্স পরিমাপ করা হয়েছিল এবং একটি বৈজ্ঞানিক-মানের উচ্চ-রেজোলিউশন LWIR ক্যামেরা ব্যবহার করে রিয়েল টাইমে SMA তারের তাপমাত্রার বণ্টন পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল (ব্যবহৃত সরঞ্জামের বৈশিষ্ট্য সারণি 2-তে দেখুন)। দেখা যায় যে, উচ্চ ভোল্টেজ পর্যায়ে তারের তাপমাত্রা একরৈখিকভাবে বৃদ্ধি পায়, কিন্তু যখন কোনো বিদ্যুৎ প্রবাহিত হয় না, তখন তারের তাপমাত্রা কমতে থাকে। বর্তমান পরীক্ষামূলক ব্যবস্থায়, শীতলীকরণ পর্যায়ে SMA তারের তাপমাত্রা কমে গিয়েছিল, কিন্তু তা তখনও পারিপার্শ্বিক তাপমাত্রার উপরে ছিল। চিত্র ২e-তে LWIR ক্যামেরা থেকে তোলা SMA তারের তাপমাত্রার একটি স্ন্যাপশট দেখানো হয়েছে। অন্যদিকে, চিত্র ২a-তে ড্রাইভ সিস্টেম দ্বারা উৎপন্ন প্রতিরোধক বল দেখানো হয়েছে। যখন পেশী বল স্প্রিং-এর পুনরুদ্ধারকারী বলকে অতিক্রম করে, তখন চিত্র ৯a-তে দেখানো চলনশীল বাহুটি নড়তে শুরু করে। চালনা শুরু হওয়ার সাথে সাথেই চলনশীল বাহুটি সেন্সরের সংস্পর্শে আসে, যা একটি দেহ বল তৈরি করে, যেমনটি চিত্র ২c, d-তে দেখানো হয়েছে। যখন সর্বোচ্চ তাপমাত্রা \(84\,^{\circ}\hbox {C}\)-এর কাছাকাছি থাকে, তখন সর্বোচ্চ পর্যবেক্ষিত বল হয় 105 N।
গ্রাফটি দুটি চক্র চলাকালীন SMA তারের তাপমাত্রা এবং SMA-ভিত্তিক বাইমোডাল অ্যাকচুয়েটর দ্বারা উৎপন্ন বলের পরীক্ষামূলক ফলাফল দেখায়। ইনপুট ভোল্টেজ দুটি ১০ সেকেন্ডের চক্রে (লাল বিন্দু হিসাবে দেখানো) প্রয়োগ করা হয় এবং প্রতিটি চক্রের মধ্যে ১৫ সেকেন্ডের শীতল হওয়ার সময় থাকে। পরীক্ষাগুলির জন্য ব্যবহৃত SMA তারটি ছিল Dynalloy, Inc.-এর ০.৫১ মিমি ব্যাসের একটি Flexinol তার। (ক) গ্রাফটি দুটি চক্র জুড়ে প্রাপ্ত পরীক্ষামূলক বল দেখায়, (গ, ঘ) একটি PACEline CFT/5kN পিজোইলেকট্রিক ফোর্স ট্রান্সডিউসারের উপর চলমান আর্ম অ্যাকচুয়েটরের ক্রিয়ার দুটি স্বতন্ত্র উদাহরণ দেখায়, (খ) গ্রাফটি দুটি চক্র চলাকালীন সম্পূর্ণ SMA তারের সর্বোচ্চ তাপমাত্রা দেখায়, (ঙ) FLIR ResearchIR সফটওয়্যারের LWIR ক্যামেরা ব্যবহার করে SMA তার থেকে নেওয়া একটি তাপমাত্রার স্ন্যাপশট দেখায়। পরীক্ষাগুলিতে বিবেচিত জ্যামিতিক পরামিতিগুলি সারণি একে দেওয়া হয়েছে।
চিত্র ৫-এ দেখানো অনুযায়ী, ৭ ভোল্ট ইনপুট ভোল্টেজের শর্তে গাণিতিক মডেলের সিমুলেশন ফলাফল এবং পরীক্ষামূলক ফলাফল তুলনা করা হয়েছে। প্যারামেট্রিক বিশ্লেষণের ফলাফল অনুসারে এবং SMA তারের অতিরিক্ত গরম হওয়ার সম্ভাবনা এড়ানোর জন্য, অ্যাকচুয়েটরে ১১.২ ওয়াট শক্তি সরবরাহ করা হয়েছিল। ইনপুট ভোল্টেজ হিসাবে ৭ ভোল্ট সরবরাহ করার জন্য একটি প্রোগ্রামেবল ডিসি পাওয়ার সাপ্লাই ব্যবহার করা হয়েছিল এবং তারের দুই প্রান্তে ১.৬ অ্যাম্পিয়ার কারেন্ট পরিমাপ করা হয়েছিল। কারেন্ট প্রয়োগ করা হলে ড্রাইভ দ্বারা উৎপন্ন বল এবং SDR-এর তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়। ৭ ভোল্ট ইনপুট ভোল্টেজে, প্রথম চক্রের সিমুলেশন ফলাফল এবং পরীক্ষামূলক ফলাফল থেকে প্রাপ্ত সর্বোচ্চ আউটপুট বল যথাক্রমে ৭৮ নিউটন এবং ৯৬ নিউটন। দ্বিতীয় চক্রে, সিমুলেশন এবং পরীক্ষামূলক ফলাফলের সর্বোচ্চ আউটপুট বল ছিল যথাক্রমে ১৫০ নিউটন এবং ১০৫ নিউটন। অক্লুশন বল পরিমাপ এবং পরীক্ষামূলক তথ্যের মধ্যে এই পার্থক্য অক্লুশন বল পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত পদ্ধতির কারণে হতে পারে। চিত্রে দেখানো পরীক্ষামূলক ফলাফল। চিত্র 5a লকিং ফোর্সের পরিমাপকে নির্দেশ করে, যা ড্রাইভ শ্যাফট PACEline CFT/5kN পিজোইলেকট্রিক ফোর্স ট্রান্সডিউসারের সংস্পর্শে থাকাকালীন পরিমাপ করা হয়েছিল, যেমনটি চিত্র 2s-এ দেখানো হয়েছে। অতএব, কুলিং জোনের শুরুতে যখন ড্রাইভ শ্যাফট ফোর্স সেন্সরের সংস্পর্শে থাকে না, তখন ফোর্স অবিলম্বে শূন্য হয়ে যায়, যেমনটি চিত্র 2d-তে দেখানো হয়েছে। এছাড়াও, পরবর্তী চক্রগুলিতে ফোর্স গঠনে প্রভাব ফেলে এমন অন্যান্য প্যারামিটারগুলি হলো পূর্ববর্তী চক্রের কুলিং টাইম এবং পরিচলন তাপ স্থানান্তর সহগের মান। চিত্র 2b থেকে দেখা যায় যে, 15 সেকেন্ডের কুলিং পিরিয়ডের পরেও SMA তারটি কক্ষ তাপমাত্রায় পৌঁছায়নি এবং তাই প্রথম চক্রের (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)) তুলনায় দ্বিতীয় ড্রাইভিং চক্রে এর প্রাথমিক তাপমাত্রা (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) বেশি ছিল। সুতরাং, প্রথম চক্রের তুলনায়, দ্বিতীয় উত্তাপন চক্রের সময় SMA তারের তাপমাত্রা প্রাথমিক অস্টেনাইট তাপমাত্রায় (\(A_s\)) আগে পৌঁছায় এবং দীর্ঘ সময় ধরে রূপান্তর পর্যায়ে থাকে, যার ফলে পীড়ন এবং বল সৃষ্টি হয়। অন্যদিকে, পরীক্ষা এবং সিমুলেশন থেকে প্রাপ্ত উত্তাপন এবং শীতলীকরণ চক্রের সময়কার তাপমাত্রার বিন্যাস তাপগ্রাফিক বিশ্লেষণ থেকে প্রাপ্ত উদাহরণগুলির সাথে উচ্চ গুণগত সাদৃশ্য দেখায়। পরীক্ষা এবং সিমুলেশন থেকে প্রাপ্ত SMA তারের তাপীয় তথ্যের তুলনামূলক বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে উত্তাপন এবং শীতলীকরণ চক্রের সময় তথ্যগুলো সামঞ্জস্যপূর্ণ এবং পরীক্ষামূলক তথ্যের জন্য গ্রহণযোগ্য সহনশীলতার মধ্যে রয়েছে। প্রথম চক্রের সিমুলেশন এবং পরীক্ষার ফলাফল থেকে প্রাপ্ত SMA তারের সর্বোচ্চ তাপমাত্রা যথাক্রমে \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) এবং \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, ), এবং দ্বিতীয় চক্রে SMA তারের সর্বোচ্চ তাপমাত্রা হলো \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) এবং \(83\,^{\circ }\hbox {C}\)। মৌলিকভাবে বিকশিত মডেলটি আকৃতি স্মৃতি প্রভাবের (shape memory effect) প্রভাবকে নিশ্চিত করে। এই পর্যালোচনায় ক্লান্তি এবং অতিরিক্ত উত্তাপের ভূমিকা বিবেচনা করা হয়নি। ভবিষ্যতে, SMA তারের পীড়ন ইতিহাস অন্তর্ভুক্ত করার জন্য মডেলটিকে উন্নত করা হবে, যা এটিকে প্রকৌশলগত প্রয়োগের জন্য আরও উপযুক্ত করে তুলবে। ৭ ভোল্টের ইনপুট ভোল্টেজ পালসের শর্তে, Simulink ব্লক থেকে প্রাপ্ত ড্রাইভ আউটপুট বল এবং SMA তাপমাত্রার প্লটগুলো পরীক্ষামূলক ডেটার অনুমোদিত সীমার মধ্যে রয়েছে। এটি বিকশিত গাণিতিক মডেলটির সঠিকতা এবং নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করে।
পদ্ধতি বিভাগে বর্ণিত মৌলিক সমীকরণগুলো ব্যবহার করে ম্যাথওয়ার্কস সিমুলিংক R2020b পরিবেশে গাণিতিক মডেলটি তৈরি করা হয়েছিল। চিত্র ৩খ-তে সিমুলিংক ম্যাথ মডেলটির একটি ব্লক ডায়াগ্রাম দেখানো হয়েছে। চিত্র ২ক, খ-তে দেখানো অনুযায়ী, একটি ৭ ভোল্ট ইনপুট ভোল্টেজ পালসের জন্য মডেলটি সিমুলেট করা হয়েছিল। সিমুলেশনে ব্যবহৃত প্যারামিটারগুলোর মান সারণি ১-এ তালিকাভুক্ত করা হয়েছে। ক্ষণস্থায়ী প্রক্রিয়াগুলোর সিমুলেশনের ফলাফল চিত্র ১ এবং ১-এ উপস্থাপন করা হয়েছে। চিত্র ৩ক এবং ৪-এ, SMA তারে আবিষ্ট ভোল্টেজ এবং অ্যাকচুয়েটর দ্বারা উৎপন্ন বলকে সময়ের ফাংশন হিসেবে দেখানো হয়েছে। বিপরীত রূপান্তরের (উত্তাপন) সময়, যখন SMA তারের তাপমাত্রা, \(T < A_s^{\prime}\) (পীড়ন-সংশোধিত অস্টেনাইট দশা শুরুর তাপমাত্রা), তখন মার্টেনসাইট আয়তন ভগ্নাংশের (\(\dot{\xi }\)) পরিবর্তনের হার শূন্য হবে। বিপরীত রূপান্তরের (উত্তাপন) সময়, যখন SMA তারের তাপমাত্রা, \(T < A_s^{\prime}\) (পীড়ন-সংশোধিত অস্টেনাইট দশা শুরুর তাপমাত্রা), তখন মার্টেনসাইট আয়তন ভগ্নাংশের (\(\dot{\ xi }\)) পরিবর্তনের হার শূন্য হবে। Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустенитура начала аустенитуратура проволоки SMA, напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. বিপরীত রূপান্তরের (উত্তাপন) সময়, যখন SMA তারের তাপমাত্রা, \(T < A_s^{\prime}\) (পীড়ন-সংশোধিত অস্টেনাইট সূচনা তাপমাত্রা), তখন মার্টেনসাইট আয়তন ভগ্নাংশের (\(\dot{\ xi }\ )) পরিবর্তনের হার শূন্য হবে।在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏体相起始温度）时，马氏体体积分数的变化率（\(\dot)।在 反向 转变 （加热） 中, 当 当 当 线 温度 \ (টি
(ক) একটি SMA-ভিত্তিক ডাইভ্যালেরেট অ্যাকচুয়েটরে তাপমাত্রার বণ্টন এবং পীড়ন-প্ররোচিত সংযোগ তাপমাত্রা প্রদর্শনকারী সিমুলেশনের ফলাফল। উত্তাপন পর্যায়ে যখন তারের তাপমাত্রা অস্টেনাইট রূপান্তর তাপমাত্রা অতিক্রম করে, তখন পরিবর্তিত অস্টেনাইট রূপান্তর তাপমাত্রা বাড়তে শুরু করে, এবং একইভাবে, শীতলীকরণ পর্যায়ে যখন তারের দণ্ডের তাপমাত্রা মার্টেনসিটিক রূপান্তর তাপমাত্রা অতিক্রম করে, তখন মার্টেনসিটিক রূপান্তর তাপমাত্রা হ্রাস পায়। অ্যাকচুয়েশন প্রক্রিয়ার বিশ্লেষণমূলক মডেলিংয়ের জন্য SMA ব্যবহৃত হয়। (একটি সিমুলিংক মডেলের প্রতিটি সাবসিস্টেমের বিস্তারিত বিবরণের জন্য, পরিপূরক ফাইলের পরিশিষ্ট অংশটি দেখুন।)
৭ ভোল্ট ইনপুট ভোল্টেজের দুটি চক্রের (১০ সেকেন্ডের ওয়ার্ম-আপ চক্র এবং ১৫ সেকেন্ডের কুল-ডাউন চক্র) জন্য বিভিন্ন প্যারামিটার বিন্যাসের বিশ্লেষণের ফলাফল দেখানো হয়েছে। যেখানে (ac) এবং (e) সময়ের সাপেক্ষে বিন্যাসকে চিত্রিত করে, অন্যদিকে (d) এবং (f) তাপমাত্রার সাপেক্ষে বিন্যাসকে চিত্রিত করে। সংশ্লিষ্ট ইনপুট শর্তগুলোর জন্য, সর্বোচ্চ পর্যবেক্ষিত পীড়ন হলো ১০৬ MPa (যা ৩৪৫ MPa, অর্থাৎ তারের ইল্ড স্ট্রেংথ-এর চেয়ে কম), বল হলো ১৫০ N, সর্বোচ্চ সরণ হলো ২৭০ µm, এবং সর্বনিম্ন মার্টেনসাইটিক আয়তন ভগ্নাংশ হলো ০.৯১। অন্যদিকে, তাপমাত্রার সাথে পীড়নের পরিবর্তন এবং মার্টেনসাইটের আয়তন ভগ্নাংশের পরিবর্তন হিস্টেরেসিস বৈশিষ্ট্যের অনুরূপ।
অস্টেনাইট দশা থেকে মার্টেনসাইট দশায় সরাসরি রূপান্তর (শীতলীকরণ)-এর ক্ষেত্রেও একই ব্যাখ্যা প্রযোজ্য, যেখানে SMA তারের তাপমাত্রা (T) এবং পীড়ন-সংশোধিত মার্টেনসাইট দশার (\(M_f^{\prime}\ )) প্রান্তিক তাপমাত্রা চমৎকার। চিত্র ৪d,f-এ উভয় ড্রাইভিং চক্রের জন্য, SMA তারের তাপমাত্রার (T) পরিবর্তনের ফাংশন হিসাবে SMA তারে আবিষ্ট পীড়ন (\(\sigma\)) এবং মার্টেনসাইটের আয়তন ভগ্নাংশের (\(\xi\)) পরিবর্তন দেখানো হয়েছে। চিত্র ৩a-তে ইনপুট ভোল্টেজ পালসের উপর নির্ভর করে সময়ের সাথে SMA তারের তাপমাত্রার পরিবর্তন দেখানো হয়েছে। চিত্র থেকে যেমন দেখা যায়, শূন্য ভোল্টেজে একটি তাপ উৎস সরবরাহ করে এবং পরবর্তী পরিচলন শীতলীকরণের মাধ্যমে তারের তাপমাত্রা ক্রমাগত বাড়তে থাকে। উত্তাপনের সময়, যখন SMA তারের তাপমাত্রা (T) পীড়ন-সংশোধিত অস্টেনাইট নিউক্লিয়েশন তাপমাত্রা (\(A_s^{\prime}\)) অতিক্রম করে, তখন মার্টেনসাইট থেকে অস্টেনাইট দশায় পুনঃরূপান্তর শুরু হয়। এই পর্যায়ে, SMA তারটি সংকুচিত হয় এবং অ্যাকচুয়েটর বল উৎপন্ন করে। এছাড়াও শীতলীকরণের সময়, যখন SMA তারের তাপমাত্রা (T) পীড়ন-সংশোধিত মার্টেনসাইট দশার (\(M_s^{\prime}\)) নিউক্লিয়েশন তাপমাত্রা অতিক্রম করে, তখন অস্টেনাইট দশা থেকে মার্টেনসাইট দশায় একটি ধনাত্মক রূপান্তর ঘটে। চালিকা শক্তি হ্রাস পায়।
সিমুলেশনের ফলাফল থেকে SMA-ভিত্তিক বাইমোডাল ড্রাইভের প্রধান গুণগত দিকগুলো পাওয়া যায়। ভোল্টেজ পালস ইনপুটের ক্ষেত্রে, জুল হিটিং এফেক্টের কারণে SMA তারের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়। মার্টেনসাইট ভলিউম ফ্র্যাকশনের (ξ) প্রাথমিক মান ১ ধরা হয়েছে, কারণ উপাদানটি প্রাথমিকভাবে একটি সম্পূর্ণ মার্টেনসাইটিক দশায় থাকে। তারটি ক্রমাগত উত্তপ্ত হতে থাকলে, SMA তারের তাপমাত্রা স্ট্রেস-সংশোধিত অস্টেনাইট নিউক্লিয়েশন তাপমাত্রা As′-কে অতিক্রম করে, যার ফলে মার্টেনসাইট ভলিউম ফ্র্যাকশন হ্রাস পায়, যা চিত্র ৪গ-তে দেখানো হয়েছে। এছাড়াও, চিত্র ৪ঙ-তে সময়ের সাথে অ্যাকচুয়েটরের স্ট্রোকের বণ্টন এবং চিত্র ৫-এ সময়ের ফাংশন হিসাবে ড্রাইভিং ফোর্স দেখানো হয়েছে। একটি সম্পর্কিত সমীকরণ ব্যবস্থায় তাপমাত্রা, মার্টেনসাইট ভলিউম ফ্র্যাকশন এবং তারে সৃষ্ট স্ট্রেস অন্তর্ভুক্ত থাকে, যার ফলে SMA তারের সংকোচন এবং অ্যাকচুয়েটর দ্বারা উৎপন্ন বল তৈরি হয়। চিত্রে যেমন দেখানো হয়েছে। 4d,f, তাপমাত্রার সাথে ভোল্টেজের পরিবর্তন এবং তাপমাত্রার সাথে মার্টেনসাইট আয়তন ভগ্নাংশের পরিবর্তন, 7 V-এ সিমুলেটেড ক্ষেত্রে SMA-এর হিস্টেরেসিস বৈশিষ্ট্যের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ।
পরীক্ষা এবং বিশ্লেষণমূলক গণনার মাধ্যমে ড্রাইভিং প্যারামিটারগুলির তুলনা করা হয়েছে। তারগুলিকে দুটি চক্রে ১০ সেকেন্ডের জন্য ৭ ভোল্টের একটি স্পন্দিত ইনপুট ভোল্টেজ দেওয়া হয়, তারপর ১৫ সেকেন্ড ধরে ঠান্ডা করা হয় (শীতলীকরণ পর্যায়)। পিনেট কোণ \(40^{\circ}\) এ সেট করা হয়েছে এবং প্রতিটি একক পিন লেগে SMA তারের প্রাথমিক দৈর্ঘ্য ৮৩ মিমি নির্ধারণ করা হয়েছে। (ক) একটি লোড সেল দিয়ে ড্রাইভিং ফোর্স পরিমাপ করা (খ) একটি থার্মাল ইনফ্রারেড ক্যামেরা দিয়ে তারের তাপমাত্রা পর্যবেক্ষণ করা।
ড্রাইভ দ্বারা উৎপাদিত বলের উপর ভৌত পরামিতিগুলোর প্রভাব বোঝার জন্য, নির্বাচিত ভৌত পরামিতিগুলোর প্রতি গাণিতিক মডেলের সংবেদনশীলতার একটি বিশ্লেষণ করা হয়েছিল এবং পরামিতিগুলোকে তাদের প্রভাব অনুসারে ক্রমবিন্যাস করা হয়েছিল। প্রথমে, একটি সুষম বণ্টন অনুসরণকারী পরীক্ষামূলক নকশার নীতি ব্যবহার করে মডেল পরামিতিগুলোর স্যাম্পলিং করা হয়েছিল (সংবেদনশীলতা বিশ্লেষণ সম্পর্কিত পরিপূরক অংশ দেখুন)। এক্ষেত্রে, মডেল পরামিতিগুলোর মধ্যে রয়েছে ইনপুট ভোল্টেজ (\(V_{in}\)), প্রাথমিক SMA তারের দৈর্ঘ্য (\(l_0\)), ত্রিভুজ কোণ (\(\alpha\)), বায়াস স্প্রিং ধ্রুবক (\(K_x\)), পরিচলন তাপ স্থানান্তর সহগ (\(h_T\)) এবং ইউনিমোডাল শাখার সংখ্যা (n)। পরবর্তী ধাপে, সর্বোচ্চ পেশী শক্তিকে একটি গবেষণা নকশার আবশ্যকতা হিসেবে বেছে নেওয়া হয়েছিল এবং শক্তির উপর প্রতিটি চলক সেটের পরামিতিক প্রভাব নির্ণয় করা হয়েছিল। সংবেদনশীলতা বিশ্লেষণের জন্য টর্নেডো প্লটগুলো প্রতিটি পরামিতির পারস্পরিক সম্পর্ক সহগ থেকে উদ্ভূত হয়েছিল, যা চিত্র ৬ক-তে দেখানো হয়েছে।
(ক) টর্নেডো প্লটে মডেল প্যারামিটারগুলোর পারস্পরিক সম্পর্ক সহগের মান এবং উপরোক্ত মডেল প্যারামিটারগুলোর ২৫০০টি স্বতন্ত্র গ্রুপের সর্বোচ্চ আউটপুট বলের উপর তাদের প্রভাব দেখানো হয়েছে। গ্রাফটি বিভিন্ন সূচকের র্যাঙ্ক কোরিলেশন প্রদর্শন করে। এটা স্পষ্ট যে \(V_{in}\) হলো একমাত্র প্যারামিটার যার একটি ধনাত্মক কোরিলেশন রয়েছে, এবং \(l_0\) হলো সর্বোচ্চ ঋণাত্মক কোরিলেশনযুক্ত প্যারামিটার। সর্বোচ্চ পেশী শক্তির উপর বিভিন্ন সংমিশ্রণে বিভিন্ন প্যারামিটারের প্রভাব (খ, গ)-তে দেখানো হয়েছে। \(K_x\)-এর পরিসর ৪০০ থেকে ৮০০ N/m এবং n-এর পরিসর ৪ থেকে ২৪। ভোল্টেজ (\(V_{in}\)) ৪V থেকে ১০V-তে পরিবর্তন করা হয়েছে, তারের দৈর্ঘ্য (\(l_{0 } \)) ৪০ থেকে ১০০ mm-তে পরিবর্তন করা হয়েছে, এবং লেজের কোণ (\ (\alpha \)) \ (২০ – ৬০ \, ^ {\circ }\) থেকে পরিবর্তিত হয়েছে।
চিত্র ৬ক-তে সর্বোচ্চ ড্রাইভ ফোর্সের ডিজাইন প্রয়োজনীয়তার সাথে প্রতিটি প্যারামিটারের বিভিন্ন কোরিলেশন কোএফিসিয়েন্টের একটি টর্নেডো প্লট দেখানো হয়েছে। চিত্র ৬ক থেকে দেখা যায় যে, ভোল্টেজ প্যারামিটার (\(V_{in}\)) সর্বোচ্চ আউটপুট ফোর্সের সাথে সরাসরি সম্পর্কিত, এবং কনভেক্টিভ হিট ট্রান্সফার কোএফিসিয়েন্ট (\(h_T\)), ফ্লেম অ্যাঙ্গেল (\(\alpha\)), ডিসপ্লেসমেন্ট স্প্রিং কনস্ট্যান্ট (\(K_x\)) আউটপুট ফোর্সের সাথে নেতিবাচকভাবে সম্পর্কিত, এবং SMA তারের প্রাথমিক দৈর্ঘ্য (\(l_0\)) ও ইউনিমোডাল শাখার সংখ্যা (n) একটি শক্তিশালী বিপরীত সম্পর্ক দেখায়। সরাসরি সম্পর্কের ক্ষেত্রে, ভোল্টেজ কোরিলেশন কোএফিসিয়েন্টের (\(V_{in}\)) উচ্চ মান নির্দেশ করে যে এই প্যারামিটারটির পাওয়ার আউটপুটের উপর সর্বাধিক প্রভাব রয়েছে। আরেকটি অনুরূপ বিশ্লেষণে, দুটি কম্পিউটেশনাল স্পেসের বিভিন্ন সমন্বয়ে বিভিন্ন প্যারামিটারের প্রভাব মূল্যায়ন করে সর্বোচ্চ ফোর্স পরিমাপ করা হয়, যা চিত্র ৬খ, গ-তে দেখানো হয়েছে। \(V_{in}\) এবং \(l_0\), \(\alpha\) এবং \(l_0\)-এর মধ্যে একই রকম প্যাটার্ন দেখা যায়, এবং গ্রাফটি দেখায় যে \(V_{in}\) এবং \(\alpha\) এবং \(\alpha\)-এর মধ্যে একই রকম প্যাটার্ন রয়েছে। \(l_0\)-এর ক্ষুদ্রতর মানের ফলে সর্বোচ্চ বল বেশি হয়। অন্য দুটি প্লট চিত্র 6a-এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যেখানে n এবং \(K_x\) ঋণাত্মকভাবে সম্পর্কিত এবং \(V_{in}\) ধনাত্মকভাবে সম্পর্কিত। এই বিশ্লেষণটি প্রভাব বিস্তারকারী প্যারামিটারগুলোকে সংজ্ঞায়িত ও সমন্বয় করতে সাহায্য করে, যার মাধ্যমে ড্রাইভ সিস্টেমের আউটপুট বল, স্ট্রোক এবং দক্ষতাকে প্রয়োজন ও প্রয়োগের সাথে খাপ খাইয়ে নেওয়া যায়।
বর্তমান গবেষণায় N-স্তরবিশিষ্ট স্তরক্রমিক ড্রাইভের প্রবর্তন ও অনুসন্ধান করা হচ্ছে। চিত্র ৭ক-তে প্রদর্শিত দ্বি-স্তরীয় স্তরক্রমে, প্রথম স্তরের অ্যাকচুয়েটরের প্রতিটি SMA তারের পরিবর্তে একটি দ্বিমুখী বিন্যাস অর্জন করা হয়, যা চিত্র ৯ঙ-তে দেখানো হয়েছে। চিত্র ৭গ-তে দেখানো হয়েছে কীভাবে SMA তারটি একটি সচল বাহুর (সহায়ক বাহু) চারপাশে পেঁচানো থাকে, যা কেবল অনুদৈর্ঘ্য দিকেই চলাচল করে। তবে, প্রধান সচল বাহুটি প্রথম পর্যায়ের বহু-স্তরীয় অ্যাকচুয়েটরের সচল বাহুর মতোই চলতে থাকে। সাধারণত, N-1 পর্যায়ের SMA তারটিকে একটি প্রথম-পর্যায়ের ড্রাইভ দ্বারা প্রতিস্থাপন করে একটি N-পর্যায়ের ড্রাইভ তৈরি করা হয়। ফলস্বরূপ, তারটিকে ধারণকারী শাখাটি ছাড়া প্রতিটি শাখাই প্রথম পর্যায়ের ড্রাইভকে অনুকরণ করে। এইভাবে, এমন স্তরবিন্যস্ত কাঠামো গঠন করা যায় যা প্রধান ড্রাইভগুলোর বলের চেয়ে কয়েকগুণ বেশি বল তৈরি করে। এই গবেষণায়, প্রতিটি স্তরের জন্য মোট ১ মিটার কার্যকর SMA তারের দৈর্ঘ্য বিবেচনা করা হয়েছে, যা চিত্র ৭d-তে সারণি আকারে দেখানো হয়েছে। প্রতিটি ইউনিমোডাল ডিজাইনে প্রতিটি তারের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত কারেন্ট এবং প্রতিটি SMA তারের খণ্ডে সৃষ্ট প্রিস্ট্রেস ও ভোল্টেজ প্রতিটি স্তরে একই থাকে। আমাদের বিশ্লেষণাত্মক মডেল অনুসারে, আউটপুট বল স্তরের সাথে ধনাত্মকভাবে সম্পর্কিত, যেখানে সরণ ঋণাত্মকভাবে সম্পর্কিত। একই সাথে, সরণ এবং পেশী শক্তির মধ্যে একটি ভারসাম্য ছিল। চিত্র ৭b-তে যেমন দেখা যায়, সর্বাধিক সংখ্যক স্তরে সর্বোচ্চ বল অর্জিত হলেও, সর্বনিম্ন স্তরে সর্বাধিক সরণ পরিলক্ষিত হয়। যখন স্তরক্রম \(N=5\) নির্ধারণ করা হয়েছিল, তখন ২টি পর্যবেক্ষিত স্ট্রোক \(\upmu\)m-এ ২.৫৮ kN-এর একটি সর্বোচ্চ পেশী বল পাওয়া গিয়েছিল। অন্যদিকে, প্রথম পর্যায়ের ড্রাইভটি ২৭৭ \(\upmu\)m-এর একটি স্ট্রোকে ১৫০ N বল উৎপন্ন করে। বহু-স্তরীয় অ্যাকচুয়েটরগুলো প্রকৃত জৈবিক পেশীর অনুকরণ করতে সক্ষম, যেখানে শেপ মেমোরি অ্যালয়-ভিত্তিক কৃত্রিম পেশীগুলো সুনির্দিষ্ট ও সূক্ষ্মতর সঞ্চালনের মাধ্যমে উল্লেখযোগ্যভাবে উচ্চতর বল উৎপন্ন করতে পারে। এই ক্ষুদ্রাকৃতির নকশার সীমাবদ্ধতা হলো, স্তরবিন্যাস বাড়ার সাথে সাথে সঞ্চালন ব্যাপকভাবে হ্রাস পায় এবং ড্রাইভ উৎপাদন প্রক্রিয়ার জটিলতা বৃদ্ধি পায়।
(ক) একটি দ্বি-স্তরীয় (N=2) স্তরযুক্ত শেপ মেমোরি অ্যালয় লিনিয়ার অ্যাকচুয়েটর সিস্টেমকে একটি বাইমোডাল কনফিগারেশনে দেখানো হয়েছে। প্রথম স্তরের স্তরযুক্ত অ্যাকচুয়েটরের SMA তারটিকে অন্য একটি একক স্তরের স্তরযুক্ত অ্যাকচুয়েটর দ্বারা প্রতিস্থাপন করে প্রস্তাবিত মডেলটি অর্জন করা হয়েছে। (গ) দ্বিতীয় স্তরের বহুস্তরীয় অ্যাকচুয়েটরের বিকৃত কনফিগারেশন। (খ) স্তরের সংখ্যার উপর নির্ভর করে বল এবং সরণের বণ্টন বর্ণনা করা হয়েছে। দেখা গেছে যে, অ্যাকচুয়েটরের সর্বোচ্চ বল গ্রাফের স্কেল স্তরের সাথে ধনাত্মকভাবে সম্পর্কিত, যেখানে স্ট্রোক স্কেল স্তরের সাথে ঋণাত্মকভাবে সম্পর্কিত। প্রতিটি তারের কারেন্ট এবং প্রি-ভোল্টেজ সমস্ত স্তরে স্থির থাকে। (ঘ) সারণিতে প্রতিটি স্তরে ট্যাপের সংখ্যা এবং SMA তারের (ফাইবারের) দৈর্ঘ্য দেখানো হয়েছে। তারগুলোর বৈশিষ্ট্য সূচক ১ দ্বারা নির্দেশিত, এবং সেকেন্ডারি শাখার সংখ্যা (একটি প্রাইমারি লেগের সাথে সংযুক্ত) সাবস্ক্রিপ্টের বৃহত্তম সংখ্যা দ্বারা নির্দেশিত। উদাহরণস্বরূপ, লেভেল ৫-এ, \(n_1\) বলতে প্রতিটি বাইমোডাল কাঠামোতে উপস্থিত SMA তারের সংখ্যাকে বোঝায়, এবং \(n_5\) বলতে সহায়ক লেগের সংখ্যাকে বোঝায় (যার একটি প্রধান লেগের সাথে সংযুক্ত থাকে)।
আকৃতি-স্মৃতিসম্পন্ন এসএমএ-এর আচরণ মডেল করার জন্য অনেক গবেষক বিভিন্ন পদ্ধতি প্রস্তাব করেছেন, যা দশা পরিবর্তনের সাথে সম্পর্কিত স্ফটিক কাঠামোর ম্যাক্রোস্কোপিক পরিবর্তনের সাথে থাকা তাপযান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে। গঠনমূলক পদ্ধতির সূত্রায়ন স্বভাবতই জটিল। সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত ঘটনাভিত্তিক মডেলটি তানাকা২৮ দ্বারা প্রস্তাবিত এবং এটি প্রকৌশল প্রয়োগে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। তানাকা [২৮] দ্বারা প্রস্তাবিত ঘটনাভিত্তিক মডেলটি ধরে নেয় যে মার্টেনসাইটের আয়তন ভগ্নাংশ তাপমাত্রা এবং পীড়নের একটি সূচকীয় ফাংশন। পরবর্তীতে, লিয়াং এবং রজার্স২৯ এবং ব্রিনসন৩০ একটি মডেল প্রস্তাব করেন যেখানে দশা পরিবর্তনের গতিবিদ্যাকে ভোল্টেজ এবং তাপমাত্রার একটি কোসাইন ফাংশন হিসাবে ধরে নেওয়া হয়েছিল, মডেলটিতে সামান্য পরিবর্তন সহ। বেকার এবং ব্রিনসন যেকোনো লোডিং অবস্থার পাশাপাশি আংশিক পরিবর্তনের অধীনে এসএমএ উপকরণের আচরণ মডেল করার জন্য একটি দশা চিত্র-ভিত্তিক গতিবিদ্যা মডেল প্রস্তাব করেন। ব্যানার্জি৩২ এলাহিনিয়া এবং আহমাদিয়ান৩৩ দ্বারা বিকশিত একটি একক ডিগ্রি অফ ফ্রিডম ম্যানিপুলেটর সিমুলেট করার জন্য বেকার এবং ব্রিনসন৩১-এর দশা চিত্র গতিবিদ্যা পদ্ধতি ব্যবহার করেন। ফেজ ডায়াগ্রাম-ভিত্তিক গতিবিদ্যা পদ্ধতি, যা তাপমাত্রার সাথে ভোল্টেজের অ-একমুখী পরিবর্তনকে বিবেচনা করে, প্রকৌশল প্রয়োগে বাস্তবায়ন করা কঠিন। এলাখিনিয়া ও আহমাদিয়ান বিদ্যমান ঘটনাভিত্তিক মডেলগুলোর এই সীমাবদ্ধতাগুলোর প্রতি দৃষ্টি আকর্ষণ করেছেন এবং যেকোনো জটিল লোডিং অবস্থার অধীনে আকৃতি-স্মৃতি আচরণ বিশ্লেষণ ও সংজ্ঞায়িত করার জন্য একটি বর্ধিত ঘটনাভিত্তিক মডেল প্রস্তাব করেছেন।
SMA তারের কাঠামোগত মডেলটি তারের পীড়ন (\(\sigma\)), বিকৃতি (\(\epsilon\)), তাপমাত্রা (T), এবং মার্টেনসাইট আয়তন ভগ্নাংশ (\(\xi\)) প্রদান করে। এই ঘটনাভিত্তিক গঠনমূলক মডেলটি সর্বপ্রথম তানাকা২৮ দ্বারা প্রস্তাবিত হয়েছিল এবং পরবর্তীতে লিয়াং২৯ এবং ব্রিনসন৩০ দ্বারা গৃহীত হয়। সমীকরণটির ডেরিভেটিভের রূপটি হলো:
যেখানে E হলো দশা-নির্ভর SMA ইয়ং-এর মডুলাস যা \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) সূত্র ব্যবহার করে পাওয়া যায়, এবং \(E_A\) ও \(E_M\) হলো যথাক্রমে অস্টেনিটিক ও মার্টেনসিটিক দশার ইয়ং-এর মডুলাস, এবং তাপীয় প্রসারণ সহগকে \(\theta _T\) দ্বারা প্রকাশ করা হয়। দশা রূপান্তর অবদান গুণক হলো \(\Omega = -E \epsilon _L\) এবং \(\epsilon _L\) হলো SMA তারের সর্বোচ্চ পুনরুদ্ধারযোগ্য বিকৃতি।
দশা গতিবিদ্যার সমীকরণটি তানাকা২৮ কর্তৃক প্রস্তাবিত এক্সপোনেনশিয়াল ফাংশনের পরিবর্তে লিয়াং২৯ কর্তৃক বিকশিত এবং পরবর্তীতে ব্রিনসন৩০ কর্তৃক গৃহীত কোসাইন ফাংশনের সাথে মিলে যায়। দশা রূপান্তর মডেলটি হলো এলাখিনিয়া ও আহমাদিয়ান৩৪ কর্তৃক প্রস্তাবিত মডেলের একটি সম্প্রসারণ এবং এটি লিয়াং২৯ ও ব্রিনসন৩০ কর্তৃক প্রদত্ত দশা রূপান্তর শর্তাবলীর উপর ভিত্তি করে পরিবর্তিত হয়েছে। এই দশা রূপান্তর মডেলের জন্য ব্যবহৃত শর্তাবলী জটিল তাপযান্ত্রিক লোডের অধীনে বৈধ। গঠনমূলক সমীকরণ মডেলিং করার সময়, প্রতিটি মুহূর্তে মার্টেনসাইটের আয়তন ভগ্নাংশের মান গণনা করা হয়।
উত্তাপন অবস্থায় মার্টেনসাইট থেকে অস্টেনাইটে রূপান্তর দ্বারা প্রকাশিত নিয়ন্ত্রক পুনঃরূপান্তর সমীকরণটি নিম্নরূপ:
যেখানে \(\xi\) হলো মার্টেনসাইটের আয়তন ভগ্নাংশ, \(\xi _M\) হলো উত্তপ্ত করার পূর্বে প্রাপ্ত মার্টেনসাইটের আয়তন ভগ্নাংশ, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) এবং \(C_A\) – বক্ররেখা আসন্নীকরণ পরামিতি, T – SMA তারের তাপমাত্রা, \(A_s\) এবং \(A_f\) – যথাক্রমে অস্টেনাইট দশার শুরু এবং শেষের তাপমাত্রা।
শীতলীকরণ পরিস্থিতিতে অস্টেনাইট থেকে মার্টেনসাইটে দশা রূপান্তর দ্বারা উপস্থাপিত প্রত্যক্ষ রূপান্তর নিয়ন্ত্রণ সমীকরণটি হলো:
যেখানে \(\xi _A\) হলো শীতলীকরণের পূর্বে প্রাপ্ত মার্টেনসাইটের আয়তন ভগ্নাংশ, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) এবং \ ( C_M \) – কার্ভ ফিটিং প্যারামিটার, T – SMA তারের তাপমাত্রা, \(M_s\) এবং \(M_f\) – যথাক্রমে প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত মার্টেনসাইট তাপমাত্রা।
সমীকরণ (3) এবং (4) কে অবকলন করার পর, বিপরীত এবং সরাসরি রূপান্তর সমীকরণগুলি নিম্নলিখিত আকারে সরলীকৃত হয়:
সম্মুখ ও পশ্চাৎ রূপান্তরের সময় \(\eta _{\sigma}\) এবং \(\eta _{T}\) ভিন্ন ভিন্ন মান গ্রহণ করে। \(\eta _{\sigma}\) এবং \(\eta _{T}\)-এর সাথে সম্পর্কিত মৌলিক সমীকরণগুলো প্রতিপাদন করা হয়েছে এবং একটি অতিরিক্ত পরিচ্ছেদে বিস্তারিতভাবে আলোচনা করা হয়েছে।
SMA তারের তাপমাত্রা বাড়ানোর জন্য প্রয়োজনীয় তাপশক্তি জুলের তাপীয় প্রভাব থেকে আসে। SMA তার দ্বারা শোষিত বা নির্গত তাপশক্তিকে রূপান্তরের সুপ্ত তাপ দ্বারা প্রকাশ করা হয়। SMA তারে তাপের অপচয় বলপূর্বক পরিচলনের কারণে ঘটে, এবং বিকিরণের প্রভাব নগণ্য হওয়ায়, তাপশক্তির ভারসাম্য সমীকরণটি নিম্নরূপ:
যেখানে \(m_{wire}\) হলো SMA তারের মোট ভর, \(c_{p}\) হলো SMA-এর আপেক্ষিক তাপ ধারণ ক্ষমতা, \(V_{in}\) হলো তারে প্রয়োগ করা ভোল্টেজ, \(R_{ohm}\) – SMA-এর দশা-নির্ভর রোধ, যা নিম্নরূপে সংজ্ঞায়িত; \(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) যেখানে \(r_M\ ) এবং \(r_A\) হলো যথাক্রমে মার্টেনসাইট এবং অস্টেনাইট দশায় SMA-এর রোধাঙ্ক, \(A_{c}\) হলো SMA তারের পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল, \(\Delta H\) হলো একটি শেপ মেমোরি অ্যালয়। তারের রূপান্তরের সুপ্ত তাপ, T এবং \(T_{\infty}\) হলো যথাক্রমে SMA তার এবং পারিপার্শ্বিকের তাপমাত্রা।
যখন একটি শেপ মেমোরি অ্যালয় (SMA) তারকে সক্রিয় করা হয়, তখন তারটি সংকুচিত হয়, যা বাইমোডাল ডিজাইনের প্রতিটি শাখায় একটি বল তৈরি করে, যাকে ফাইবার ফোর্স বলা হয়। SMA তারের প্রতিটি স্ট্র্যান্ডের ফাইবারগুলোর বল একত্রে সক্রিয় করার জন্য মাসল ফোর্স তৈরি করে, যেমনটি চিত্র 9e-তে দেখানো হয়েছে। একটি বায়াসিং স্প্রিং-এর উপস্থিতির কারণে, N-তম মাল্টিলেয়ার অ্যাকচুয়েটরের মোট মাসল ফোর্স হলো:
সমীকরণ (7) এ \(N = 1\) প্রতিস্থাপন করে, প্রথম পর্যায়ের দ্বিমুখী ড্রাইভ প্রোটোটাইপের পেশী শক্তি নিম্নরূপ পাওয়া যেতে পারে:
যেখানে n হলো ইউনিমোডাল লেগের সংখ্যা, \(F_m\) হলো ড্রাইভ দ্বারা উৎপন্ন পেশী বল, \(F_f\) হলো SMA তারের ফাইবার শক্তি, \(K_x\) হলো বায়াস স্টিফনেস স্প্রিং, \(\alpha\) হলো ত্রিভুজের কোণ, \(x_0\) হলো SMA কেবলকে প্রি-টেনশনযুক্ত অবস্থানে ধরে রাখার জন্য বায়াস স্প্রিং-এর প্রাথমিক অফসেট, এবং \(\Delta x\) হলো অ্যাকচুয়েটরের সরণ।
N-তম স্টেজের SMA তারের ভোল্টেজ (\(\sigma\)) এবং স্ট্রেইন (\(\epsilon\))-এর উপর নির্ভর করে ড্রাইভের মোট সরণ বা নড়াচড়া (\(\Delta x\)) সেট করা হয় (আউটপুটের চিত্রের অতিরিক্ত অংশ দেখুন):
গতিবিদ্যার সমীকরণগুলো ড্রাইভ বিকৃতি (\(\epsilon\)) এবং সরণ বা সরণ (\(\Delta x\))-এর মধ্যে সম্পর্ক প্রদান করে। একটি ইউনিমোডাল শাখায় প্রাথমিক Arb তারের দৈর্ঘ্য (\(l_0\)) এবং যেকোনো সময় t-তে তারের দৈর্ঘ্য (l)-এর ফাংশন হিসাবে Arb তারের বিকৃতি নিম্নরূপ:
যেখানে \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) পাওয়া যায় \(\Delta\)ABB'-তে কোসাইন সূত্র প্রয়োগ করে, যেমনটি চিত্র 8-এ দেখানো হয়েছে। প্রথম পর্যায়ের ড্রাইভের জন্য (\(N = 1\)), \(\Delta x_1\) হলো \(\Delta x\), এবং \(\alpha _1\) হলো \(\alpha \), যেমনটি চিত্র 8-এ দেখানো হয়েছে। সমীকরণ (11) থেকে সময়কে অবকলন করে এবং l-এর মান প্রতিস্থাপন করে, স্ট্রেইন রেটটি নিম্নরূপে লেখা যেতে পারে:
যেখানে \(l_0\) হলো SMA তারের প্রাথমিক দৈর্ঘ্য, l হলো একটি ইউনিমোডাল শাখায় যেকোনো সময় t-তে তারের দৈর্ঘ্য, \(\epsilon\) হলো SMA তারে সৃষ্ট বিকৃতি, এবং \(\alpha\) হলো ত্রিভুজের কোণ, \(\Delta x\) হলো ড্রাইভ অফসেট (যেমনটি চিত্র 8-এ দেখানো হয়েছে)।
সমস্ত n একক-শীর্ষ কাঠামো (এই চিত্রে \(n=6\)) ইনপুট ভোল্টেজ \(V_{in}\)-এর সাথে সিরিজে সংযুক্ত। পর্যায় I: শূন্য ভোল্টেজ অবস্থায় একটি দ্বিমুখী বিন্যাসে SMA তারের পরিকল্পিত চিত্র। পর্যায় II: একটি নিয়ন্ত্রিত কাঠামো দেখানো হয়েছে যেখানে বিপরীত রূপান্তরের কারণে SMA তারটি সংকুচিত হয়, যা লাল রেখা দ্বারা দেখানো হয়েছে।
ধারণাটির কার্যকারিতা প্রমাণের জন্য, অন্তর্নিহিত সমীকরণগুলোর সিমুলেটেড ব্যুৎপত্তিকে পরীক্ষামূলক ফলাফলের সাথে যাচাই করার উদ্দেশ্যে একটি SMA-ভিত্তিক বাইমোডাল ড্রাইভ তৈরি করা হয়েছিল। বাইমোডাল লিনিয়ার অ্যাকচুয়েটরের CAD মডেলটি চিত্র ৯ক-তে দেখানো হয়েছে। অন্যদিকে, চিত্র ৯গ-তে একটি বাইমোডাল কাঠামোযুক্ত দ্বি-তলীয় SMA-ভিত্তিক অ্যাকচুয়েটর ব্যবহার করে ঘূর্ণনশীল প্রিজম্যাটিক সংযোগের জন্য প্রস্তাবিত একটি নতুন নকশা দেখানো হয়েছে। ড্রাইভের উপাদানগুলো একটি Ultimaker 3 Extended 3D প্রিন্টারে অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং পদ্ধতিতে তৈরি করা হয়েছিল। উপাদানগুলোর 3D প্রিন্টিংয়ের জন্য ব্যবহৃত উপাদানটি হলো পলিকার্বনেট, যা তাপ-প্রতিরোধী উপাদান হিসেবে উপযুক্ত কারণ এটি শক্তিশালী, টেকসই এবং এর গ্লাস ট্রানজিশন তাপমাত্রা অনেক বেশি (১১০-১১৩° সেলসিয়াস)। এছাড়াও, পরীক্ষাগুলোতে Dynalloy, Inc.-এর Flexinol শেপ মেমোরি অ্যালয় তার ব্যবহার করা হয়েছিল এবং সিমুলেশনগুলোতে Flexinol তারের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ উপাদানের বৈশিষ্ট্যগুলো ব্যবহার করা হয়েছিল। চিত্র ৯খ, ঘ-তে দেখানো অনুযায়ী, মাল্টিলেয়ার অ্যাকচুয়েটর দ্বারা উচ্চ বল উৎপন্ন করার জন্য একাধিক SMA তারকে পেশীর দ্বিমুখী বিন্যাসে উপস্থিত তন্তুর মতো করে সাজানো হয়।
চিত্র 9a-তে যেমন দেখানো হয়েছে, চলনশীল বাহু SMA তার দ্বারা গঠিত সূক্ষ্মকোণটিকে (α) কোণ বলা হয়। বাম এবং ডান ক্ল্যাম্পে টার্মিনাল ক্ল্যাম্প সংযুক্ত করে SMA তারটিকে কাঙ্ক্ষিত দ্বিমুখী কোণে ধরে রাখা হয়। স্প্রিং কানেক্টরে থাকা বায়াস স্প্রিং ডিভাইসটি SMA ফাইবারের সংখ্যা (n) অনুযায়ী বিভিন্ন বায়াস স্প্রিং এক্সটেনশন গ্রুপকে সামঞ্জস্য করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। এছাড়াও, চলমান অংশগুলির অবস্থান এমনভাবে ডিজাইন করা হয়েছে যাতে বলপূর্বক পরিচলন শীতলীকরণের জন্য SMA তারটি বাহ্যিক পরিবেশের সংস্পর্শে থাকে। বিচ্ছিন্নযোগ্য অ্যাসেম্বলির উপরের এবং নীচের প্লেটগুলি ওজন কমানোর জন্য ডিজাইন করা এক্সট্রুডেড কাটআউটের মাধ্যমে SMA তারটিকে ঠান্ডা রাখতে সাহায্য করে। এছাড়াও, CMA তারের উভয় প্রান্ত একটি ক্রিম্পের মাধ্যমে যথাক্রমে বাম এবং ডান টার্মিনালে স্থির করা হয়। উপরের এবং নীচের প্লেটগুলির মধ্যে ফাঁকা স্থান বজায় রাখার জন্য চলনশীল অ্যাসেম্বলির এক প্রান্তে একটি প্লাঞ্জার সংযুক্ত থাকে। SMA তারটি চালিত হলে ব্লকিং ফোর্স পরিমাপ করার জন্য প্লাঞ্জারটি একটি কন্ট্যাক্টের মাধ্যমে সেন্সরে একটি ব্লকিং ফোর্স প্রয়োগ করতেও ব্যবহৃত হয়।
দ্বিমুখী পেশী কাঠামো SMA বৈদ্যুতিকভাবে সিরিজে সংযুক্ত থাকে এবং একটি ইনপুট পালস ভোল্টেজ দ্বারা চালিত হয়। ভোল্টেজ পালস চক্র চলাকালীন, যখন ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হয় এবং SMA তারটি অস্টেনাইটের প্রাথমিক তাপমাত্রার উপরে উত্তপ্ত হয়, তখন প্রতিটি স্ট্র্যান্ডে তারের দৈর্ঘ্য ছোট হয়ে যায়। এই সংকোচন চলনশীল বাহু সাব-অ্যাসেম্বলিকে সক্রিয় করে। একই চক্রে যখন ভোল্টেজ শূন্য করা হয়, তখন উত্তপ্ত SMA তারটি মার্টেনসাইট পৃষ্ঠের তাপমাত্রার নিচে শীতল হয়ে তার মূল অবস্থানে ফিরে আসে। শূন্য পীড়ন অবস্থায়, SMA তারটি প্রথমে একটি বায়াস স্প্রিং দ্বারা নিষ্ক্রিয়ভাবে প্রসারিত হয়ে ডিটুইন্ড মার্টেনসাইটিক অবস্থায় পৌঁছায়। যে স্ক্রুটির মধ্য দিয়ে SMA তারটি যায়, সেটি SMA তারে ভোল্টেজ পালস প্রয়োগের ফলে সৃষ্ট সংকোচনের কারণে সরে যায় (SPA অস্টেনাইট পর্যায়ে পৌঁছায়), যা চলনশীল লিভারটিকে সক্রিয় করে। যখন SMA তারটি সংকুচিত হয়, তখন বায়াস স্প্রিংটি আরও প্রসারিত হয়ে একটি বিপরীত বল তৈরি করে। যখন ইম্পালস ভোল্টেজের পীড়ন শূন্য হয়ে যায়, তখন বলপূর্বক পরিচলন শীতলীকরণের কারণে SMA তারটি প্রসারিত হয় ও এর আকৃতি পরিবর্তিত হয়ে একটি দ্বি-মার্টেনসিটিক দশায় পৌঁছায়।
প্রস্তাবিত SMA-ভিত্তিক লিনিয়ার অ্যাকচুয়েটর সিস্টেমটির একটি বাইমোডাল কনফিগারেশন রয়েছে যেখানে SMA তারগুলি কোণাকুণিভাবে থাকে। (a) প্রোটোটাইপের একটি CAD মডেল চিত্রিত করে, যেখানে প্রোটোটাইপের জন্য কিছু উপাদান এবং তাদের তাৎপর্য উল্লেখ করা হয়েছে, (b, d) বিকশিত পরীক্ষামূলক প্রোটোটাইপ৩৫ উপস্থাপন করে। যেখানে (b) প্রোটোটাইপের একটি টপ ভিউ দেখায় যেখানে বৈদ্যুতিক সংযোগ এবং ব্যবহৃত বায়াস স্প্রিং ও স্ট্রেইন গেজ রয়েছে, (d) সেটআপটির একটি পার্সপেক্টিভ ভিউ দেখায়। (e) যেকোনো সময় t-তে বাইমোডালিভাবে স্থাপন করা SMA তারসহ একটি লিনিয়ার অ্যাকচুয়েশন সিস্টেমের ডায়াগ্রাম, যা ফাইবার এবং পেশী শক্তির দিক ও গতিপথ দেখায়। (c) একটি দ্বি-তলীয় SMA-ভিত্তিক অ্যাকচুয়েটর স্থাপনের জন্য একটি 2-DOF ঘূর্ণনশীল প্রিজম্যাটিক সংযোগ প্রস্তাব করা হয়েছে। যেমনটি দেখানো হয়েছে, লিঙ্কটি নীচের ড্রাইভ থেকে উপরের বাহুতে রৈখিক গতি প্রেরণ করে, একটি ঘূর্ণনশীল সংযোগ তৈরি করে। অন্যদিকে, প্রিজম জোড়ার নড়াচড়া মাল্টিলেয়ার ফার্স্ট স্টেজ ড্রাইভের নড়াচড়ার মতোই।
SMA-ভিত্তিক একটি বাইমোডাল ড্রাইভের কার্যকারিতা মূল্যায়নের জন্য চিত্র 9b-তে দেখানো প্রোটোটাইপের উপর একটি পরীক্ষামূলক গবেষণা চালানো হয়েছিল। চিত্র 10a-তে যেমন দেখানো হয়েছে, পরীক্ষামূলক সেটআপটিতে SMA তারগুলিতে ইনপুট ভোল্টেজ সরবরাহ করার জন্য একটি প্রোগ্রামেবল ডিসি পাওয়ার সাপ্লাই ছিল। চিত্র 10b-তে যেমন দেখানো হয়েছে, একটি Graphtec GL-2000 ডেটা লগার ব্যবহার করে ব্লকিং ফোর্স পরিমাপ করার জন্য একটি পাইজোইলেকট্রিক স্ট্রেইন গেজ (PACEline CFT/5kN) ব্যবহার করা হয়েছিল। পরবর্তী গবেষণার জন্য হোস্ট দ্বারা ডেটা রেকর্ড করা হয়। স্ট্রেইন গেজ এবং চার্জ অ্যামপ্লিফায়ারগুলির একটি ভোল্টেজ সিগন্যাল তৈরি করার জন্য একটি স্থির পাওয়ার সাপ্লাই প্রয়োজন। পাইজোইলেকট্রিক ফোর্স সেন্সরের সংবেদনশীলতা এবং সারণি 2-তে বর্ণিত অন্যান্য প্যারামিটার অনুসারে সংশ্লিষ্ট সিগন্যালগুলিকে পাওয়ার আউটপুটে রূপান্তরিত করা হয়। যখন একটি ভোল্টেজ পালস প্রয়োগ করা হয়, তখন SMA তারের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, যার ফলে SMA তারটি সংকুচিত হয় এবং এটি অ্যাকচুয়েটরকে বল উৎপন্ন করতে বাধ্য করে। 7 V-এর একটি ইনপুট ভোল্টেজ পালস দ্বারা পেশী শক্তির আউটপুটের পরীক্ষামূলক ফলাফল চিত্র 2a-তে দেখানো হয়েছে।
(ক) অ্যাকচুয়েটর দ্বারা উৎপন্ন বল পরিমাপ করার জন্য পরীক্ষায় একটি SMA-ভিত্তিক লিনিয়ার অ্যাকচুয়েটর সিস্টেম স্থাপন করা হয়েছিল। লোড সেলটি ব্লকিং ফোর্স পরিমাপ করে এবং এটি একটি ২৪ ভোল্ট ডিসি পাওয়ার সাপ্লাই দ্বারা চালিত হয়। একটি GW Instek প্রোগ্রামেবল ডিসি পাওয়ার সাপ্লাই ব্যবহার করে কেবলের সম্পূর্ণ দৈর্ঘ্য বরাবর ৭ ভোল্টের একটি ভোল্টেজ ড্রপ প্রয়োগ করা হয়েছিল। তাপের কারণে SMA তারটি সংকুচিত হয়, এবং চলনশীল বাহুটি লোড সেলের সংস্পর্শে এসে একটি ব্লকিং ফোর্স প্রয়োগ করে। লোড সেলটি GL-2000 ডেটা লগারের সাথে সংযুক্ত থাকে এবং পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণের জন্য ডেটা হোস্টে সংরক্ষণ করা হয়। (খ) পেশী শক্তি পরিমাপের জন্য পরীক্ষামূলক সেটআপের উপাদানগুলির শৃঙ্খল দেখানো একটি চিত্র।
শেপ মেমোরি অ্যালয় তাপশক্তি দ্বারা উত্তেজিত হয়, তাই শেপ মেমোরি ঘটনাটি অধ্যয়নের জন্য তাপমাত্রা একটি গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটার হয়ে ওঠে। পরীক্ষামূলকভাবে, চিত্র ১১ক-তে যেমন দেখানো হয়েছে, একটি প্রোটোটাইপ SMA-ভিত্তিক ডাইভ্যালেরেট অ্যাকচুয়েটরের উপর থার্মাল ইমেজিং এবং তাপমাত্রা পরিমাপ করা হয়েছিল। চিত্র ১১খ-তে যেমন দেখানো হয়েছে, পরীক্ষামূলক সেটআপে একটি প্রোগ্রামেবল ডিসি উৎস SMA তারগুলিতে ইনপুট ভোল্টেজ প্রয়োগ করে। একটি উচ্চ রেজোলিউশনের LWIR ক্যামেরা (FLIR A655sc) ব্যবহার করে রিয়েল টাইমে SMA তারের তাপমাত্রার পরিবর্তন পরিমাপ করা হয়েছিল। হোস্ট পরবর্তী পোস্ট-প্রসেসিংয়ের জন্য ডেটা রেকর্ড করতে ResearchIR সফটওয়্যার ব্যবহার করে। যখন একটি ভোল্টেজ পালস প্রয়োগ করা হয়, তখন SMA তারের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, যার ফলে SMA তারটি সংকুচিত হয়। চিত্র ২খ-তে একটি ৭ ভোল্ট ইনপুট ভোল্টেজ পালসের জন্য সময়ের সাপেক্ষে SMA তারের তাপমাত্রার পরীক্ষামূলক ফলাফল দেখানো হয়েছে।
পোস্ট করার সময়: ২৮-সেপ্টেম্বর-২০২২
