Matur nuwun sampun ngunjungi Nature.com. Versi browser sing sampeyan gunakake nduweni dhukungan CSS sing winates. Kanggo pengalaman sing paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing wis dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer). Kangge, kanggo njamin dhukungan sing terus-terusan, kita bakal nampilake situs tanpa gaya lan JavaScript.
Aktuator digunakake ing endi wae lan nggawe gerakan sing dikontrol kanthi ngetrapake gaya eksitasi utawa torsi sing bener kanggo nindakake macem-macem operasi ing manufaktur lan otomatisasi industri. Kebutuhan kanggo drive sing luwih cepet, luwih cilik, lan luwih efisien ndorong inovasi ing desain drive. Drive Shape Memory Alloy (SMA) nawakake sawetara kaluwihan tinimbang drive konvensional, kalebu rasio daya-kanggo-bobot sing dhuwur. Ing disertasi iki, aktuator berbasis SMA rong wulu dikembangake sing nggabungake kaluwihan otot wulu sistem biologis lan sifat unik SMA. Panliten iki njelajah lan ngluwihi aktuator SMA sadurunge kanthi ngembangake model matematika aktuator anyar adhedhasar susunan kabel SMA bimodal lan nguji kanthi eksperimen. Dibandhingake karo drive sing dikenal adhedhasar SMA, gaya aktuasi drive anyar paling ora 5 kali luwih dhuwur (nganti 150 N). Mundhut bobot sing cocog yaiku udakara 67%. Asil analisis sensitivitas model matematika migunani kanggo nyetel parameter desain lan mangerteni parameter kunci. Panliten iki luwih lanjut nampilake drive tahap N multi-level sing bisa digunakake kanggo luwih ningkatake dinamika. Aktuator otot dipvalerat berbasis SMA duwé macem-macem aplikasi, wiwit saka otomatisasi bangunan nganti sistem pangiriman obat presisi.
Sistem biologis, kaya ta struktur otot mamalia, bisa ngaktifake akeh aktuator alus1. Mamalia duwe struktur otot sing beda-beda, saben duwe tujuan tartamtu. Nanging, akeh struktur jaringan otot mamalia bisa dipérang dadi rong kategori sing amba. Paralel lan pennate. Ing hamstring lan fleksor liyane, kaya jenenge, otot paralel duwe serat otot sing sejajar karo tendon pusat. Rantai serat otot dijejerake lan disambungake kanthi fungsional dening jaringan ikat ing sakubenge. Sanajan otot-otot iki diarani duwe ekskursi gedhe (persentase pemendekan), kekuatan otot sakabèhé winates banget. Kosok baline, ing otot pedhet triceps2 (gastrocnemius lateral (GL)3, gastrocnemius medial (GM)4 lan soleus (SOL)) lan extensor femoris (quadriceps)5,6 jaringan otot pennate ditemokake ing saben otot7. Ing struktur pinnate, serat otot ing otot bipennate ana ing loro-lorone tendon pusat ing sudut miring (sudut pinnate). Pennate asale saka tembung Latin "penna", sing tegese "pena", lan, kaya sing dituduhake ing gambar 1, nduweni tampilan kaya wulu. Serat otot pennate luwih cendhek lan miring menyang sumbu longitudinal otot. Amarga struktur pinnate, mobilitas sakabèhé otot iki suda, sing ndadékaké komponen transversal lan longitudinal saka proses pemendekan. Ing sisih liya, aktivasi otot iki ndadékaké kekuatan otot sakabèhé sing luwih dhuwur amarga cara area penampang fisiologis diukur. Mulane, kanggo area penampang tartamtu, otot pennate bakal luwih kuwat lan bakal ngasilake gaya sing luwih dhuwur tinimbang otot kanthi serat paralel. Gaya sing diasilake dening serat individu ngasilake gaya otot ing tingkat makroskopik ing jaringan otot kasebut. Kajaba iku, nduweni sifat unik kayata penyusutan cepet, perlindungan marang kerusakan tarik, bantalan. Iki ngowahi hubungan antarane input serat lan output daya otot kanthi nggunakake fitur unik lan kerumitan geometris saka susunan serat sing ana gandhengane karo garis aksi otot.
Dituduhake diagram skematis desain aktuator berbasis SMA sing ana hubungane karo arsitektur otot bimodal, contone (a), sing makili interaksi gaya taktil ing ngendi piranti berbentuk tangan sing digerakake dening kabel SMA dipasang ing robot seluler otonom roda loro9,10., (b) Prostesis orbital robot kanthi prostesis orbital pegas SMA sing dipasang antagonis. Posisi mripat prostetik dikontrol dening sinyal saka otot okular mripat11, (c) Aktuator SMA cocog kanggo aplikasi ing jero banyu amarga respon frekuensi dhuwur lan bandwidth sing kurang. Ing konfigurasi iki, aktuator SMA digunakake kanggo nggawe gerakan gelombang kanthi simulasi gerakan iwak, (d) Aktuator SMA digunakake kanggo nggawe robot inspeksi pipa mikro sing bisa nggunakake prinsip gerakan cacing inci, sing dikontrol dening gerakan kabel SMA ing njero saluran 10, (e) nuduhake arah serat otot kontraksi lan ngasilake gaya kontraktil ing jaringan gastrocnemius, (f) nuduhake kabel SMA sing disusun ing bentuk serat otot ing struktur otot pennate.
Aktuator wis dadi bagean penting saka sistem mekanik amarga macem-macem aplikasi. Mulane, kabutuhan kanggo drive sing luwih cilik, luwih cepet, lan luwih efisien dadi kritis. Senadyan kaluwihane, drive tradisional wis kabukten larang lan butuh wektu kanggo njaga. Aktuator hidrolik lan pneumatik iku kompleks lan larang lan rentan kanggo aus, masalah pelumasan, lan kegagalan komponen. Kanggo nanggepi panjaluk, fokuse yaiku ngembangake aktuator sing hemat biaya, dioptimalake ukuran, lan canggih adhedhasar bahan sing cerdas. Riset sing terus-terusan lagi nliti aktuator berlapis shape memory alloy (SMA) kanggo nyukupi kabutuhan iki. Aktuator hierarkis unik amarga nggabungake akeh aktuator diskrit dadi subsistem skala makro sing kompleks sacara geometris kanggo nyedhiyakake fungsi sing tambah lan ditambahi. Ing babagan iki, jaringan otot manungsa sing diterangake ing ndhuwur nyedhiyakake conto multilayered sing apik banget saka aktuasi multilayered kasebut. Panliten saiki nggambarake drive SMA multi-level kanthi sawetara elemen drive individu (kabel SMA) sing diselarasake karo orientasi serat sing ana ing otot bimodal, sing nambah kinerja drive sakabèhé.
Tujuan utama aktuator yaiku kanggo ngasilake output daya mekanik kayata gaya lan pamindahan kanthi ngowahi energi listrik. Paduan memori bentuk minangka kelas bahan "cerdas" sing bisa mulihake bentuke ing suhu dhuwur. Ing beban sing dhuwur, kenaikan suhu kabel SMA nyebabake pemulihan bentuk, sing nyebabake kapadhetan energi aktuasi sing luwih dhuwur dibandhingake karo macem-macem bahan cerdas sing langsung kaiket. Ing wektu sing padha, ing beban mekanik, SMA dadi rapuh. Ing kahanan tartamtu, beban siklik bisa nyerep lan ngeculake energi mekanik, nuduhake owah-owahan bentuk histeretik sing bisa dibalikke. Sifat unik iki ndadekake SMA cocog kanggo sensor, redaman getaran lan utamane aktuator12. Kanthi iki, wis ana akeh riset babagan drive berbasis SMA. Perlu dicathet yen aktuator berbasis SMA dirancang kanggo nyedhiyakake gerakan translasi lan rotary kanggo macem-macem aplikasi13,14,15. Sanajan sawetara aktuator rotary wis dikembangake, para peneliti utamane kasengsem karo aktuator linier. Aktuator linier iki bisa dipérang dadi telung jinis aktuator: aktuator siji dimensi, pamindahan lan diferensial 16. Wiwitane, drive hibrida digawe bebarengan karo SMA lan drive konvensional liyane. Salah sawijining conto aktuator linier hibrida berbasis SMA yaiku panggunaan kabel SMA karo motor DC kanggo nyedhiyakake gaya output sekitar 100 N lan pamindahan sing signifikan17.
Salah sawijining perkembangan pisanan ing drive sing adhedhasar SMA yaiku drive paralel SMA. Nggunakake pirang-pirang kabel SMA, drive paralel berbasis SMA dirancang kanggo nambah kemampuan daya drive kanthi nyelehake kabeh kabel SMA18 kanthi paralel. Sambungan paralel aktuator ora mung mbutuhake daya luwih akeh, nanging uga mbatesi daya output saka siji kabel. Kerugian liyane saka aktuator berbasis SMA yaiku perjalanan winates sing bisa ditindakake. Kanggo ngatasi masalah iki, balok kabel SMA digawe sing ngemot balok fleksibel sing dibelokkan kanggo nambah pamindahan lan entuk gerakan linier, nanging ora ngasilake gaya sing luwih dhuwur19. Struktur lan kain sing bisa dideformasi alus kanggo robot adhedhasar paduan memori bentuk wis dikembangake utamane kanggo amplifikasi dampak20,21,22. Kanggo aplikasi sing mbutuhake kecepatan dhuwur, pompa sing digerakake kompak wis dilaporake nggunakake SMA film tipis kanggo aplikasi sing digerakake pompa mikro23. Frekuensi drive membran SMA film tipis minangka faktor kunci kanggo ngontrol kecepatan driver. Mulane, motor linier SMA duwe respon dinamis sing luwih apik tinimbang motor pegas utawa batang SMA. Robotika alus lan teknologi gripping minangka rong aplikasi liyane sing nggunakake aktuator berbasis SMA. Contone, kanggo ngganti aktuator standar sing digunakake ing klem ruang 25 N, aktuator paralel paduan memori bentuk 24 dikembangake. Ing kasus liyane, aktuator alus SMA digawe adhedhasar kawat kanthi matriks sing dipasang sing bisa ngasilake gaya tarik maksimal 30 N. Amarga sifat mekanike, SMA uga digunakake kanggo ngasilake aktuator sing niru fenomena biologis. Salah sawijining pangembangan kasebut kalebu robot 12-sel sing minangka biomimetik organisme kaya cacing tanah kanthi SMA kanggo ngasilake gerakan sinusoidal kanggo murub26,27.
Kaya sing wis kasebut sadurunge, ana watesan gaya maksimal sing bisa dipikolehi saka aktuator berbasis SMA sing wis ana. Kanggo ngatasi masalah iki, panliten iki nampilake struktur otot bimodal biomimetik. Didorong dening kawat paduan memori bentuk. Iki nyedhiyakake sistem klasifikasi sing kalebu sawetara kabel paduan memori bentuk. Nganti saiki, ora ana aktuator berbasis SMA kanthi arsitektur sing padha sing dilapurake ing literatur. Sistem unik lan anyar adhedhasar SMA iki dikembangake kanggo nyinaoni prilaku SMA sajrone penyelarasan otot bimodal. Dibandhingake karo aktuator berbasis SMA sing wis ana, tujuan saka panliten iki yaiku nggawe aktuator dipvalerat biomimetik kanggo ngasilake gaya sing luwih dhuwur kanthi volume cilik. Dibandhingake karo drive sing didorong motor stepper konvensional sing digunakake ing sistem otomatisasi lan kontrol bangunan HVAC, desain drive bimodal berbasis SMA sing diusulake nyuda bobot mekanisme drive nganti 67%. Ing ngisor iki, istilah "otot" lan "drive" digunakake kanthi genti-genti. Panliten iki nyelidiki simulasi multifisika saka drive kasebut. Prilaku mekanik sistem kasebut wis disinaoni kanthi metode eksperimen lan analitis. Distribusi gaya lan suhu luwih lanjut diselidiki ing voltase input 7 V. Sabanjure, analisis parametrik ditindakake kanggo luwih mangerteni hubungan antarane parameter kunci lan gaya output. Pungkasan, aktuator hierarkis wis dibayangake lan efek tingkat hierarkis wis diusulake minangka area potensial ing mangsa ngarep kanggo aktuator non-magnetik kanggo aplikasi prostetik. Miturut asil panliten sing kasebut ing ndhuwur, panggunaan arsitektur tahap tunggal ngasilake gaya paling ora papat nganti limang kali luwih dhuwur tinimbang aktuator berbasis SMA sing dilapurake. Kajaba iku, gaya drive sing padha sing diasilake dening drive multi-level multi-level wis dituduhake luwih saka sepuluh kali lipat saka drive berbasis SMA konvensional. Panliten kasebut banjur nglaporake parameter kunci nggunakake analisis sensitivitas antarane desain lan variabel input sing beda. Dawane awal kabel SMA (\(l_0\)), sudut pinnate (\(\alpha\)) lan jumlah untaian tunggal (n) ing saben untaian individu duwe efek negatif sing kuwat marang gedhene gaya pendorong. kekuatan, dene voltase input (energi) ternyata berkorelasi positif.
Kawat SMA nuduhake efek memori bentuk (SME) sing katon ing kulawarga paduan nikel-titanium (Ni-Ti). Biasane, SMA nuduhake rong fase sing gumantung suhu: fase suhu rendah lan fase suhu dhuwur. Kaloro fase kasebut duwe sifat unik amarga anane struktur kristal sing beda. Ing fase austenit (fase suhu dhuwur) sing ana ing ndhuwur suhu transformasi, materi kasebut nuduhake kekuatan sing dhuwur lan ora deformasi kanthi apik ing sangisore beban. Paduan kasebut tumindak kaya baja tahan karat, saengga bisa tahan tekanan aktuasi sing luwih dhuwur. Nggunakake sifat paduan Ni-Ti iki, kabel SMA miring kanggo mbentuk aktuator. Model analitis sing cocog dikembangake kanggo mangerteni mekanika dhasar prilaku termal SMA ing sangisore pengaruh macem-macem parameter lan macem-macem geometri. Kesepakatan sing apik dipikolehi antarane asil eksperimen lan analitis.
Panliten eksperimen ditindakake ing prototipe sing dituduhake ing Gambar 9a kanggo ngevaluasi kinerja drive bimodal adhedhasar SMA. Rong sifat kasebut, gaya sing diasilake dening drive (gaya otot) lan suhu kabel SMA (suhu SMA), diukur kanthi eksperimen. Nalika bedane voltase mundhak ing sadawane dawa kabel ing drive, suhu kabel mundhak amarga efek pemanasan Joule. Tegangan input ditrapake ing rong siklus 10 detik (ditampilake minangka titik abang ing Gambar 2a, b) kanthi periode pendinginan 15 detik antarane saben siklus. Gaya pemblokiran diukur nggunakake alat ukur regangan piezoelektrik, lan distribusi suhu kabel SMA dipantau kanthi wektu nyata nggunakake kamera LWIR resolusi dhuwur kelas ilmiah (waca karakteristik peralatan sing digunakake ing Tabel 2). nuduhake yen sajrone fase voltase dhuwur, suhu kabel mundhak kanthi monoton, nanging nalika ora ana arus sing mili, suhu kabel terus mudhun. Ing persiyapan eksperimen saiki, suhu kabel SMA mudhun sajrone fase pendinginan, nanging isih ana ing ndhuwur suhu sekitar. Ing gambar 2e nuduhake snapshot suhu ing kabel SMA sing dijupuk saka kamera LWIR. Ing sisih liya, ing gambar 2a nuduhake gaya pamblokiran sing diasilake dening sistem penggerak. Nalika gaya otot ngluwihi gaya pemulih pegas, lengen sing bisa obah, kaya sing dituduhake ing Gambar 9a, wiwit obah. Sanalika aktuasi diwiwiti, lengen sing bisa obah bakal kontak karo sensor, nggawe gaya awak, kaya sing dituduhake ing gambar 2c, d. Nalika suhu maksimum cedhak karo \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), gaya maksimum sing diamati yaiku 105 N.
Grafik iki nuduhake asil eksperimen suhu kabel SMA lan gaya sing diasilake dening aktuator bimodal berbasis SMA sajrone rong siklus. Tegangan input ditrapake ing rong siklus 10 detik (ditampilake minangka titik abang) kanthi periode pendinginan 15 detik antarane saben siklus. Kabel SMA sing digunakake kanggo eksperimen kasebut yaiku kabel Flexinol diameter 0,51 mm saka Dynalloy, Inc. (a) Grafik kasebut nuduhake gaya eksperimen sing dipikolehi sajrone rong siklus, (c, d) nuduhake rong conto independen saka aksi aktuator lengen sing obah ing transduser gaya piezoelektrik PACEline CFT/5kN, (b) grafik kasebut nuduhake suhu maksimum kabeh kabel SMA sajrone rong siklus, (e) nuduhake snapshot suhu sing dijupuk saka kabel SMA nggunakake kamera LWIR piranti lunak FLIR ResearchIR. Parameter geometris sing ditimbang ing eksperimen diwenehake ing Tabel siji.
Asil simulasi model matematika lan asil eksperimen dibandhingake ing kondisi voltase input 7V, kaya sing dituduhake ing Gambar 5. Miturut asil analisis parametrik lan kanggo nyegah kemungkinan kabel SMA kepanasen, daya 11,2 W diwenehake menyang aktuator. Catu daya DC sing bisa diprogram digunakake kanggo nyedhiyakake 7V minangka voltase input, lan arus 1,6A diukur ing kabel. Gaya sing diasilake dening drive lan suhu SDR mundhak nalika arus ditrapake. Kanthi voltase input 7V, gaya output maksimum sing dipikolehi saka asil simulasi lan asil eksperimen siklus pertama yaiku 78 N lan 96 N. Ing siklus kapindho, gaya output maksimum saka simulasi lan asil eksperimen yaiku 150 N lan 105 N. Beda antarane pangukuran gaya oklusi lan data eksperimen bisa uga amarga metode sing digunakake kanggo ngukur gaya oklusi. Asil eksperimen sing dituduhake ing gambar. 5a cocog karo pangukuran gaya penguncian, sing banjur diukur nalika poros penggerak kontak karo transduser gaya piezoelektrik PACEline CFT/5kN, kaya sing dituduhake ing gambar 2s. Mulane, nalika poros penggerak ora kontak karo sensor gaya ing awal zona pendinginan, gaya langsung dadi nol, kaya sing dituduhake ing Gambar 2d. Kajaba iku, parameter liyane sing mengaruhi pembentukan gaya ing siklus sabanjure yaiku nilai wektu pendinginan lan koefisien transfer panas konvektif ing siklus sadurunge. Saka gambar 2b, bisa dideleng yen sawise periode pendinginan 15 detik, kabel SMA ora tekan suhu ruangan lan mulane duwe suhu awal sing luwih dhuwur (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) ing siklus penggerak kapindho dibandhingake karo siklus pertama (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)). Dadi, dibandhingake karo siklus pertama, suhu kawat SMA sajrone siklus pemanasan kapindho tekan suhu austenit awal (\(A_s\)) luwih awal lan tetep ana ing periode transisi luwih suwe, sing nyebabake stres lan gaya. Ing sisih liya, distribusi suhu sajrone siklus pemanasan lan pendinginan sing dipikolehi saka eksperimen lan simulasi duwe kamiripan kualitatif sing dhuwur karo conto saka analisis termografi. Analisis komparatif data termal kawat SMA saka eksperimen lan simulasi nuduhake konsistensi sajrone siklus pemanasan lan pendinginan lan ing toleransi sing bisa ditampa kanggo data eksperimen. Suhu maksimum kawat SMA, sing dipikolehi saka asil simulasi lan eksperimen siklus pertama, yaiku \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) lan \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, masing-masing ), lan ing siklus kapindho suhu maksimum kawat SMA yaiku \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) lan \(83\,^{\circ }\ hbox {C}\). Model sing dikembangake kanthi dhasar ngonfirmasi efek saka efek memori bentuk. Perané rasa kesel lan panas banget ora ditimbang ing ulasan iki. Ing mangsa ngarep, model iki bakal ditingkatake kanggo nyakup riwayat stres kabel SMA, saengga luwih cocog kanggo aplikasi teknik. Gaya output drive lan plot suhu SMA sing dipikolehi saka blok Simulink ana ing toleransi data eksperimen sing diidinake ing kondisi pulsa voltase input 7 V. Iki ngonfirmasi kebenaran lan keandalan model matematika sing dikembangake.
Model matematika iki dikembangake ing lingkungan MathWorks Simulink R2020b nggunakake persamaan dhasar sing diterangake ing bagean Metode. Ing gambar 3b, diagram blok model matematika Simulink dituduhake. Model iki disimulasikake kanggo pulsa tegangan input 7V kaya sing dituduhake ing Gambar 2a, b. Nilai parameter sing digunakake ing simulasi kasebut kadhaptar ing Tabel 1. Asil simulasi proses transien dituduhake ing Gambar 1 lan 1. Gambar 3a lan 4. Ing gambar 4a, b, nuduhake tegangan induksi ing kabel SMA lan gaya sing diasilake dening aktuator minangka fungsi wektu. Sajrone transformasi walik (pemanasan), nalika suhu kawat SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (suhu wiwitan fase austenit sing dimodifikasi stres), tingkat owah-owahan fraksi volume martensit (\(\dot{\xi }\)) bakal nol. Sajrone transformasi walik (pemanasan), nalika suhu kawat SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (suhu wiwitan fase austenit sing dimodifikasi stres), tingkat owah-owahan fraksi volume martensit (\(\dot{\ xi }\)) bakal nol. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустенидидино, цинфидино напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Sajrone transformasi walik (pemanasan), nalika suhu kawat SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (suhu wiwitan austenit sing dimodifikasi stres), tingkat owah-owahan fraksi volume martensit (\(\dot{\ xi }\ )) bakal nol.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（\(化率（\(小一一)在 反向 转变 （加热） 中 ， 当 当 当 线 温度 \ (t При обратном превращении (нагреве) при температуре проволоки СПФ \(T < A_s^{\prime}\) (температура зарождения зарождения проволоки СПФ напряжение) скорость изменения объемной доли мартенсита (\( \dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Sajrone transformasi walik (pemanasan) ing suhu kawat SMA \(T < A_s^{\prime}\) (suhu nukleasi fase austenit, sing dikoreksi kanggo stres), tingkat owah-owahan ing fraksi volume martensit (\( \dot{\ xi }\)) bakal padha karo nol.Mulane, laju owah-owahan stres (\(\dot{\sigma}\)) bakal gumantung marang laju regangan (\(\dot{\epsilon}\)) lan gradien suhu (\(\dot{T} \) ) mung nganggo persamaan (1). Nanging, nalika kabel SMA mundhak suhu lan nyebrang (\(A_s^{\prime}\)), fase austenit wiwit kawangun, lan (\(\dot{\xi}\)) dijupuk minangka nilai persamaan sing diwenehake (3). Mulane, laju owah-owahan voltase (\(\dot{\sigma}\)) dikontrol bebarengan dening \(\dot{\epsilon}, \dot{T}\) lan \(\dot{\xi}\) padha karo sing diwenehake ing rumus (1). Iki nerangake owah-owahan gradien sing diamati ing peta stres lan gaya sing beda-beda wektu sajrone siklus pemanasan, kaya sing dituduhake ing Gambar 4a, b.
(a) Asil simulasi sing nuduhake distribusi suhu lan suhu sambungan sing diinduksi stres ing aktuator divalerat berbasis SMA. Nalika suhu kawat ngliwati suhu transisi austenit ing tahap pemanasan, suhu transisi austenit sing dimodifikasi wiwit mundhak, lan uga, nalika suhu batang kawat ngliwati suhu transisi martensitik ing tahap pendinginan, suhu transisi martensitik mudhun. SMA kanggo pemodelan analitis proses aktuasi. (Kanggo tampilan rinci saben subsistem model Simulink, deleng bagean lampiran file tambahan.)
Asil analisis kanggo distribusi parameter sing beda dituduhake kanggo rong siklus voltase input 7V (siklus pemanasan 10 detik lan siklus pendinginan 15 detik). Nalika (ac) lan (e) nggambarake distribusi sajrone wektu, ing sisih liya, (d) lan (f) nggambarake distribusi karo suhu. Kanggo kondisi input masing-masing, stres maksimum sing diamati yaiku 106 MPa (kurang saka 345 MPa, kekuatan luluh kawat), gaya yaiku 150 N, perpindahan maksimum yaiku 270 µm, lan fraksi volume martensitik minimum yaiku 0,91. Ing sisih liya, owah-owahan stres lan owah-owahan fraksi volume martensit karo suhu padha karo karakteristik histeresis.
Panjelasan sing padha ditrapake kanggo transformasi langsung (pendinginan) saka fase austenit menyang fase martensit, ing ngendi suhu kawat SMA (T) lan suhu pungkasan fase martensit sing dimodifikasi stres (\(M_f^{\prime}\ )) apik banget. Ing gambar 4d, f nuduhake owah-owahan ing stres sing diinduksi (\(\sigma\)) lan fraksi volume martensit (\(\xi\)) ing kawat SMA minangka fungsi saka owah-owahan suhu kawat SMA (T), kanggo loro siklus penggerak. Ing gambar 3a nuduhake owah-owahan suhu kawat SMA kanthi wektu gumantung saka pulsa voltase input. Kaya sing bisa dideleng saka gambar kasebut, suhu kawat terus mundhak kanthi nyedhiyakake sumber panas ing voltase nol lan pendinginan konvektif sabanjure. Sajrone pemanasan, transformasi ulang martensit menyang fase austenit diwiwiti nalika suhu kawat SMA (T) ngliwati suhu nukleasi austenit sing dikoreksi stres (\(A_s^{\prime}\)). Sajrone fase iki, kawat SMA dikompres lan aktuator ngasilake gaya. Uga sajrone pendinginan, nalika suhu kawat SMA (T) ngliwati suhu nukleasi fase martensit sing dimodifikasi stres (\(M_s^{\prime}\)) ana transisi positif saka fase austenit menyang fase martensit. gaya penggerak mudhun.
Aspek kualitatif utama saka drive bimodal adhedhasar SMA bisa dipikolehi saka asil simulasi. Ing kasus input pulsa voltase, suhu kabel SMA mundhak amarga efek pemanasan Joule. Nilai awal fraksi volume martensit (\(\xi\)) disetel dadi 1, amarga materi kasebut wiwitane ana ing fase martensitik kanthi lengkap. Nalika kabel terus panas, suhu kabel SMA ngluwihi suhu nukleasi austenit sing dikoreksi stres \(A_s^{\prime}\), sing nyebabake penurunan fraksi volume martensit, kaya sing dituduhake ing Gambar 4c. Kajaba iku, ing gambar 4e nuduhake distribusi stroke aktuator sajrone wektu, lan ing gambar 5 - gaya pendorong minangka fungsi wektu. Sistem persamaan sing gegandhengan kalebu suhu, fraksi volume martensit, lan stres sing berkembang ing kabel, sing nyebabake penyusutan kabel SMA lan gaya sing diasilake dening aktuator. Kaya sing dituduhake ing gambar. 4d,f, variasi voltase karo suhu lan variasi fraksi volume martensit karo suhu cocog karo karakteristik histeresis SMA ing kasus simulasi ing 7 V.
Perbandingan parameter penggerak dipikolehi liwat eksperimen lan perhitungan analitis. Kabel-kabel kasebut diwenehi voltase input pulsa 7 V sajrone 10 detik, banjur didinginkan sajrone 15 detik (fase pendinginan) sajrone rong siklus. Sudut pinnate disetel dadi \(40^{\circ}\) lan dawa awal kabel SMA ing saben sikil pin disetel dadi 83mm. (a) Ngukur gaya penggerak nganggo load cell (b) Ngawasi suhu kabel nganggo kamera inframerah termal.
Kanggo mangerteni pengaruh parameter fisik marang gaya sing diasilake dening drive, analisis sensitivitas model matematika marang parameter fisik sing dipilih ditindakake, lan parameter kasebut diurut miturut pengaruhe. Kapisan, sampling parameter model ditindakake nggunakake prinsip desain eksperimen sing ngetutake distribusi seragam (waca Bagian Tambahan babagan Analisis Sensitivitas). Ing kasus iki, parameter model kalebu voltase input (\(V_{in}\)), dawa kabel SMA awal (\(l_0\)), sudut segitiga (\(\alpha\)), konstanta pegas bias (\( K_x\ )), koefisien transfer panas konvektif (\(h_T\)) lan jumlah cabang unimodal (n). Ing langkah sabanjure, kekuatan otot puncak dipilih minangka syarat desain studi lan efek parametrik saka saben set variabel marang kekuatan dipikolehi. Plot tornado kanggo analisis sensitivitas dijupuk saka koefisien korelasi kanggo saben parameter, kaya sing dituduhake ing Gambar 6a.
(a) Nilai koefisien korelasi parameter model lan pengaruhe marang gaya output maksimum saka 2500 klompok unik saka parameter model ing ndhuwur dituduhake ing plot tornado. Grafik kasebut nuduhake korelasi peringkat saka sawetara indikator. Cetha yen \(V_{in}\) minangka siji-sijine parameter kanthi korelasi positif, lan \(l_0\) minangka parameter kanthi korelasi negatif paling dhuwur. Efek saka macem-macem parameter ing macem-macem kombinasi ing kekuatan otot puncak dituduhake ing (b, c). \(K_x\) kisaran saka 400 nganti 800 N/m lan n kisaran saka 4 nganti 24. Tegangan (\(V_{in}\)) owah saka 4V dadi 10V, dawa kabel (\(l_{0 } \)) owah saka 40 nganti 100 mm, lan sudut buntut (\ (\alpha \)) beda-beda saka \ (20 – 60 \, ^ {\circ }\).
Ing gambar 6a, nuduhake plot tornado saka macem-macem koefisien korelasi kanggo saben parameter kanthi syarat desain gaya penggerak puncak. Saka gambar 6a, bisa dideleng manawa parameter voltase (\(V_{in}\)) ana hubungane langsung karo gaya output maksimum, lan koefisien transfer panas konvektif (\(h_T\)), sudut nyala (\( \alpha\)), konstanta pegas perpindahan (\(K_x\)) berkorelasi negatif karo gaya output lan dawa awal (\(l_0\)) saka kabel SMA, lan jumlah cabang unimodal (n) nuduhake korelasi terbalik sing kuwat. Ing kasus korelasi langsung. Ing kasus nilai koefisien korelasi voltase sing luwih dhuwur (\(V_ {in}\)) nuduhake manawa parameter iki duwe efek paling gedhe ing output daya. Analisis liyane sing padha ngukur gaya puncak kanthi ngevaluasi efek parameter sing beda ing kombinasi sing beda saka rong ruang komputasi, kaya sing dituduhake ing Gambar 6b, c. \(V_{in}\) lan \(l_0\), \(\alpha\) lan \(l_0\) nduweni pola sing padha, lan grafik kasebut nuduhake yen \(V_{in}\) lan \(\alpha\) lan \(\alpha\) nduweni pola sing padha. Nilai \(l_0\) sing luwih cilik nyebabake gaya puncak sing luwih dhuwur. Rong plot liyane konsisten karo Gambar 6a, ing ngendi n lan \(K_x\) berkorelasi negatif lan \(V_{in}\) berkorelasi positif. Analisis iki mbantu nemtokake lan nyetel parameter sing mengaruhi gaya output, stroke, lan efisiensi sistem drive bisa diadaptasi karo syarat lan aplikasi.
Riset saiki ngenalake lan nyelidiki drive hierarkis kanthi level N. Ing hirarki rong level, kaya sing dituduhake ing Gambar 7a, ing ngendi tinimbang saben kabel SMA saka aktuator level pertama, pengaturan bimodal ditindakake, kaya sing dituduhake ing gambar 9e. Ing gambar 7c nuduhake kepiye kabel SMA dililit ing sekitar lengen sing bisa dipindhah (lengen bantu) sing mung obah ing arah longitudinal. Nanging, lengen obah utama terus obah kanthi cara sing padha karo lengen obah saka aktuator multi-tahap tahap pertama. Biasane, drive tahap-N digawe kanthi ngganti kabel SMA tahap \(N-1\) karo drive tahap pertama. Akibate, saben cabang niru drive tahap pertama, kajaba cabang sing nyekel kabel kasebut dhewe. Kanthi cara iki, struktur bersarang bisa dibentuk sing nggawe gaya sing kaping pirang-pirang luwih gedhe tinimbang gaya drive utama. Ing panliten iki, kanggo saben level, total dawa kabel SMA efektif 1 m dianggep, kaya sing dituduhake ing format tabel ing Gambar 7d. Arus sing ngliwati saben kabel ing saben desain unimodal lan prategangan lan voltase sing diasilake ing saben segmen kabel SMA padha ing saben level. Miturut model analitis kita, gaya output berkorelasi positif karo level, dene perpindahan berkorelasi negatif. Ing wektu sing padha, ana trade-off antarane perpindahan lan kekuatan otot. Kaya sing katon ing gambar 7b, nalika gaya maksimal digayuh ing jumlah lapisan paling gedhe, perpindahan paling gedhe diamati ing lapisan paling ngisor. Nalika level hirarki disetel dadi \(N=5\), gaya otot puncak 2,58 kN ditemokake kanthi 2 stroke sing diamati \(\upmu\)m. Ing sisih liya, drive tahap pertama ngasilake gaya 150 N kanthi stroke 277 \(\upmu\)m. Aktuator multi-level bisa niru otot biologis nyata, ing ngendi otot buatan adhedhasar paduan memori bentuk bisa ngasilake gaya sing luwih dhuwur kanthi gerakan sing tepat lan luwih alus. Watesan desain miniatur iki yaiku nalika hirarki mundhak, gerakan saya suda lan kerumitan proses manufaktur drive mundhak.
(a) Sistem aktuator linier paduan memori bentuk berlapis rong tahap (\(N=2\)) dituduhake ing konfigurasi bimodal. Model sing diusulake ditindakake kanthi ngganti kabel SMA ing aktuator berlapis tahap pertama karo aktuator berlapis tahap tunggal liyane. (c) Konfigurasi deformasi aktuator multilapis tahap kapindho. (b) Distribusi gaya lan pamindahan gumantung saka jumlah level diterangake. Wis ditemokake yen gaya puncak aktuator berkorelasi positif karo tingkat skala ing grafik, dene stroke berkorelasi negatif karo tingkat skala. Arus lan pra-tegangan ing saben kabel tetep konstan ing kabeh level. (d) Tabel nuduhake jumlah tap lan dawa kabel SMA (serat) ing saben level. Karakteristik kabel dituduhake dening indeks 1, lan jumlah cabang sekunder (siji disambungake menyang sikil utama) dituduhake dening nomer paling gedhe ing subskrip. Umpamane, ing level 5, \(n_1\) nuduhake jumlah kabel SMA sing ana ing saben struktur bimodal, lan \(n_5\) nuduhake jumlah sikil tambahan (siji disambungake menyang sikil utama).
Maneka warna metode wis diusulake dening akeh peneliti kanggo model prilaku SMA kanthi memori bentuk, sing gumantung marang sifat termomekanik sing diiringi owah-owahan makroskopik ing struktur kristal sing ana gandhengane karo transisi fase. Formulasi metode konstitutif iku kompleks. Model fenomenologis sing paling umum digunakake diusulake dening Tanaka28 lan digunakake sacara wiyar ing aplikasi teknik. Model fenomenologis sing diusulake dening Tanaka [28] nganggep manawa fraksi volume martensit minangka fungsi eksponensial suhu lan stres. Mengko, Liang lan Rogers29 lan Brinson30 ngusulake model ing ngendi dinamika transisi fase dianggep minangka fungsi kosinus voltase lan suhu, kanthi modifikasi tipis ing model kasebut. Becker lan Brinson ngusulake model kinetik adhedhasar diagram fase kanggo model prilaku bahan SMA ing kahanan pemuatan sing sewenang-wenang uga transisi parsial. Banerjee32 nggunakake metode dinamika diagram fase Bekker lan Brinson31 kanggo simulasi manipulator derajat kebebasan tunggal sing dikembangake dening Elahinia lan Ahmadian33. Metode kinetik adhedhasar diagram fase, sing nganggep owah-owahan voltase nonmonotonik karo suhu, angel dileksanakake ing aplikasi teknik. Elakhinia lan Ahmadian narik kawigaten marang kekurangan model fenomenologis sing wis ana lan ngusulake model fenomenologis sing luwih lengkap kanggo nganalisis lan nemtokake prilaku memori bentuk ing kahanan pemuatan sing kompleks.
Model struktural kawat SMA menehi tegangan (\(\sigma\)), regangan (\(\epsilon\)), suhu (T), lan fraksi volume martensit (\(\xi\)) saka kawat SMA. Model konstitutif fenomenologis pisanan diusulake dening Tanaka28 lan banjur diadopsi dening Liang29 lan Brinson30. Turunan saka persamaan kasebut nduweni bentuk:
ing ngendi E minangka modulus SMA Young sing gumantung fase sing dipikolehi nggunakake \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) lan \(E_A\) lan \(E_M\) sing makili modulus Young minangka fase austenitik lan martensitik, lan koefisien ekspansi termal diwakili dening \(\theta _T\). Faktor kontribusi transisi fase yaiku \(\Omega = -E \epsilon _L\) lan \(\epsilon _L\) minangka galur maksimum sing bisa dipulihake ing kawat SMA.
Persamaan dinamika fase iki cocog karo fungsi kosinus sing dikembangake dening Liang29 lan banjur diadopsi dening Brinson30 tinimbang fungsi eksponensial sing diusulake dening Tanaka28. Model transisi fase iki minangka perpanjangan saka model sing diusulake dening Elakhinia lan Ahmadian34 lan dimodifikasi adhedhasar kondisi transisi fase sing diwenehake dening Liang29 lan Brinson30. Kondisi sing digunakake kanggo model transisi fase iki valid ing beban termomekanik sing kompleks. Ing saben wektu, nilai fraksi volume martensit diitung nalika model persamaan konstitutif.
Persamaan retransformasi sing ngatur, sing diekspresikan dening transformasi martensit dadi austenit ing kahanan pemanasan, yaiku kaya ing ngisor iki:
ing ngendi \(\xi\) minangka fraksi volume martensit, \(\xi _M\) minangka fraksi volume martensit sing dipikolehi sadurunge dipanasake, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) lan \(C_A\) – parameter aproksimasi kurva, T – suhu kawat SMA, \(A_s\) lan \(A_f\) – awal lan pungkasan fase austenit, masing-masing, suhu.
Persamaan kontrol transformasi langsung, sing diwakili dening transformasi fase austenit dadi martensit ing kondisi pendinginan, yaiku:
ing ngendi \(\xi _A\) minangka fraksi volume martensit sing dipikolehi sadurunge pendinginan, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) lan \ ( C_M \) – parameter pas kurva, T – suhu kawat SMA, \(M_s\) lan \(M_f\) – suhu martensit awal lan pungkasan, mungguh-mungguh.
Sawisé persamaan (3) lan (4) dibédakaké, persamaan transformasi inversi lan langsung disederhanakaké dadi wujud ing ngisor iki:
Sajrone transformasi maju lan mundur, \(\eta _{\sigma}\) lan \(\eta _{T}\) njupuk nilai sing beda. Persamaan dhasar sing ana gandhengane karo \(\eta _{\sigma}\) lan \(\eta _{T}\) wis diturunake lan dirembug kanthi rinci ing bagean tambahan.
Energi termal sing dibutuhake kanggo ngunggahake suhu kawat SMA asale saka efek pemanasan Joule. Energi termal sing diserep utawa dibebasake dening kawat SMA diwakili dening panas laten transformasi. Kehilangan panas ing kawat SMA disebabake dening konveksi paksa, lan amarga efek radiasi sing bisa diabaikan, persamaan keseimbangan energi panas kaya ing ngisor iki:
Ing ngendi \(m_{wire}\) minangka massa total kawat SMA, \(c_{p}\) minangka kapasitas panas spesifik SMA, \(V_{in}\) minangka voltase sing ditrapake ing kawat, \(R_{ohm} \ ) – resistensi gumantung fase SMA, ditegesake minangka; \(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) ing ngendi \(r_M\ ) lan \(r_A\) minangka resistivitas fase SMA ing martensit lan austenit, masing-masing, \(A_{c}\) minangka area permukaan kawat SMA, \(\Delta H \) minangka paduan memori bentuk. Panas laten transisi kawat, T lan \(T_{\infty}\) minangka suhu kawat SMA lan lingkungan, masing-masing.
Nalika kawat paduan memori bentuk diaktifake, kawat kasebut bakal kompres, nggawe gaya ing saben cabang desain bimodal sing diarani gaya serat. Gaya serat ing saben untaian kawat SMA bebarengan nggawe gaya otot kanggo diaktifake, kaya sing dituduhake ing Gambar 9e. Amarga anane pegas biasing, total gaya otot aktuator multilayer kaping N yaiku:
Ngganti \(N = 1\) menyang persamaan (7), kekuwatan otot prototipe drive bimodal tahap pertama bisa dipikolehi kaya ing ngisor iki:
ing ngendi n minangka jumlah sikil unimodal, \(F_m\) minangka gaya otot sing diasilake dening drive, \​​(F_f\) minangka kekuatan serat ing kabel SMA, \(K_x\) minangka kekakuan bias. pegas, \(\alpha\) minangka sudut segitiga, \(x_0\) minangka offset awal pegas bias kanggo nyekeli kabel SMA ing posisi pra-tarik, lan \(\Delta x\) minangka gerakan aktuator.
Pamindahan utawa gerakan total drive (\(\Delta x\)) gumantung saka voltase (\(\sigma\)) lan regangan (\(\epsilon\)) ing kabel SMA saka tahap kaping N, drive disetel menyang (waca Gambar. bagean tambahan saka output):
Persamaan kinematik menehi hubungan antarane deformasi drive (\(\epsilon\)) lan pamindahan utawa pamindahan (\(\Delta x\)). Deformasi kawat Arb minangka fungsi saka dawa kawat Arb awal (\(l_0\)) lan dawa kawat (l) ing sembarang wektu t ing siji cabang unimodal yaiku kaya ing ngisor iki:
ing ngendi \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) dipikolehi kanthi ngetrapake rumus kosinus ing \(\Delta\)ABB ', kaya sing dituduhake ing Gambar 8. Kanggo drive tahap pertama (\(N = 1\)), \(\Delta x_1\) yaiku \(\Delta x\), lan \(\alpha _1\) yaiku \(\alpha \) kaya sing dituduhake ing Kaya sing dituduhake ing Gambar 8, kanthi mbedakake wektu saka Persamaan (11) lan ngganti nilai l, laju regangan bisa ditulis minangka:
ing ngendi \(l_0\) minangka dawa awal kabel SMA, l minangka dawa kabel ing sembarang wektu t ing siji cabang unimodal, \(\epsilon\) minangka deformasi sing dikembangake ing kabel SMA, lan \(\alpha \) minangka sudut segitiga, \(\Delta x\) minangka offset drive (kaya sing dituduhake ing Gambar 8).
Kabeh n struktur puncak tunggal (\(n=6\) ing gambar iki) disambungake seri karo \(V_{in}\) minangka voltase input. Tahap I: Diagram skematis kabel SMA ing konfigurasi bimodal ing kahanan voltase nol Tahap II: Struktur sing dikontrol dituduhake ing ngendi kabel SMA dikompres amarga konversi kebalikan, kaya sing dituduhake dening garis abang.
Minangka bukti konsep, drive bimodal berbasis SMA dikembangake kanggo nguji derivasi simulasi saka persamaan sing ndasari kanthi asil eksperimen. Model CAD saka aktuator linier bimodal dituduhake ing gambar 9a. Ing sisih liya, ing gambar 9c nuduhake desain anyar sing diusulake kanggo sambungan prismatik rotasi nggunakake aktuator berbasis SMA rong bidang kanthi struktur bimodal. Komponen drive digawe nggunakake manufaktur aditif ing printer 3D Ultimaker 3 Extended. Bahan sing digunakake kanggo nyetak 3D komponen yaiku polikarbonat sing cocog kanggo bahan tahan panas amarga kuwat, awet lan duwe suhu transisi kaca sing dhuwur (110-113 \(^{\circ }\) C). Kajaba iku, kawat paduan memori bentuk Flexinol Dynalloy, Inc. digunakake ing eksperimen, lan sifat materi sing cocog karo kawat Flexinol digunakake ing simulasi. Kabel SMA pirang-pirang disusun minangka serat sing ana ing susunan otot bimodal kanggo entuk gaya dhuwur sing diasilake dening aktuator multilayer, kaya sing dituduhake ing Gambar 9b, d.
Kaya sing dituduhake ing Gambar 9a, sudut lancip sing dibentuk dening kabel SMA lengen sing bisa dipindhah diarani sudut (\(\alpha\)). Kanthi klem terminal sing dipasang ing klem kiwa lan tengen, kabel SMA dicekel ing sudut bimodal sing dikarepake. Piranti pegas bias sing dicekel ing konektor pegas dirancang kanggo nyetel klompok ekstensi pegas bias sing beda-beda miturut jumlah (n) serat SMA. Kajaba iku, lokasi bagean sing obah dirancang supaya kabel SMA kena pengaruh lingkungan njaba kanggo pendinginan konveksi paksa. Pelat ndhuwur lan ngisor saka rakitan sing bisa dicopot mbantu njaga kabel SMA tetep adhem kanthi potongan sing diekstrusi sing dirancang kanggo nyuda bobot. Kajaba iku, loro-lorone ujung kabel CMA dipasang ing terminal kiwa lan tengen, kanthi crimp. Plunger dipasang ing salah sawijining ujung rakitan sing bisa dipindhah kanggo njaga jarak antarane pelat ndhuwur lan ngisor. Plunger uga digunakake kanggo ngetrapake gaya pamblokiran menyang sensor liwat kontak kanggo ngukur gaya pamblokiran nalika kabel SMA diaktifake.
Struktur otot bimodal SMA disambungake kanthi listrik kanthi seri lan didayani dening voltase pulsa input. Sajrone siklus pulsa voltase, nalika voltase ditrapake lan kabel SMA dipanasake ing ndhuwur suhu awal austenit, dawa kabel ing saben untaian dicekak. Retraksi iki ngaktifake subassembly lengen sing bisa dipindhah. Nalika voltase dinol ing siklus sing padha, kabel SMA sing dipanasake didinginkan ing ngisor suhu permukaan martensit, saengga bali menyang posisi asline. Ing kahanan stres nol, kabel SMA pisanan ditarik kanthi pasif dening pegas bias kanggo tekan kahanan martensitik sing dipisahake. Sekrup, sing diliwati kabel SMA, obah amarga kompresi sing digawe kanthi ngetrapake pulsa voltase menyang kabel SMA (SPA tekan fase austenit), sing ndadékaké aktuasi tuas sing bisa dipindhah. Nalika kabel SMA ditarik maneh, pegas bias nggawe gaya sing ngelawan kanthi luwih narik pegas. Nalika stres ing voltase impuls dadi nol, kabel SMA dawa lan ngganti wujude amarga pendinginan konveksi paksa, tekan fase martensitik ganda.
Sistem aktuator linier berbasis SMA sing diusulake duwe konfigurasi bimodal ing ngendi kabel SMA miring. (a) nggambarake model CAD saka prototipe, sing nyebutake sawetara komponen lan tegese kanggo prototipe, (b, d) makili prototipe eksperimen sing dikembangake35. Nalika (b) nuduhake tampilan ndhuwur prototipe kanthi sambungan listrik lan pegas bias lan alat ukur regangan sing digunakake, (d) nuduhake tampilan perspektif saka persiyapan. (e) Diagram sistem aktuasi linier kanthi kabel SMA sing diselehake sacara bimodal ing sembarang wektu t, nuduhake arah lan dalan serat lan kekuatan otot. (c) Sambungan prismatik rotasi 2-DOF wis diusulake kanggo masang aktuator berbasis SMA rong bidang. Kaya sing dituduhake, link kasebut ngirim gerakan linier saka drive ngisor menyang lengen ndhuwur, nggawe sambungan rotasi. Ing sisih liya, gerakan pasangan prisma padha karo gerakan drive tahap pertama multilayer.
Panliten eksperimen ditindakake ing prototipe sing dituduhake ing Gambar 9b kanggo ngevaluasi kinerja drive bimodal adhedhasar SMA. Kaya sing dituduhake ing Gambar 10a, persiyapan eksperimen kasusun saka catu daya DC sing bisa diprogram kanggo nyedhiyakake voltase input menyang kabel SMA. Kaya sing dituduhake ing gambar 10b, alat ukur regangan piezoelektrik (PACEline CFT/5kN) digunakake kanggo ngukur gaya pemblokiran nggunakake data logger Graphtec GL-2000. Data kasebut direkam dening host kanggo panliten luwih lanjut. Alat ukur regangan lan penguat muatan mbutuhake catu daya konstan kanggo ngasilake sinyal voltase. Sinyal sing cocog diowahi dadi output daya miturut sensitivitas sensor gaya piezoelektrik lan parameter liyane kaya sing diterangake ing Tabel 2. Nalika pulsa voltase ditrapake, suhu kabel SMA mundhak, nyebabake kabel SMA kompres, sing nyebabake aktuator ngasilake gaya. Asil eksperimen saka output kekuatan otot kanthi pulsa voltase input 7 V dituduhake ing gambar 2a.
(a) Sistem aktuator linier berbasis SMA dipasang ing eksperimen kanggo ngukur gaya sing diasilake dening aktuator. Load cell ngukur gaya pemblokiran lan didayani dening catu daya 24 V DC. Penurunan tegangan 7 V ditrapake ing sadawane kabel nggunakake catu daya DC sing bisa diprogram GW Instek. Kawat SMA menyusut amarga panas, lan lengen sing bisa dipindhah ngubungi load cell lan ngetokake gaya pemblokiran. Load cell disambungake menyang data logger GL-2000 lan data disimpen ing host kanggo diproses luwih lanjut. (b) Diagram sing nuduhake rantai komponen persiyapan eksperimen kanggo ngukur kekuatan otot.
Paduan memori bentuk dieksitasi dening energi termal, saengga suhu dadi parameter penting kanggo nyinaoni fenomena memori bentuk. Sacara eksperimen, kaya sing dituduhake ing Gambar 11a, pencitraan termal lan pangukuran suhu ditindakake ing prototipe aktuator divalerat berbasis SMA. Sumber DC sing bisa diprogram ngetrapake voltase input menyang kabel SMA ing persiyapan eksperimen, kaya sing dituduhake ing Gambar 11b. Owah-owahan suhu kabel SMA diukur kanthi wektu nyata nggunakake kamera LWIR resolusi dhuwur (FLIR A655sc). Host nggunakake piranti lunak ResearchIR kanggo ngrekam data kanggo pasca-proses luwih lanjut. Nalika pulsa voltase ditrapake, suhu kabel SMA mundhak, nyebabake kabel SMA menyusut. Ing gambar. Gambar 2b nuduhake asil eksperimen suhu kabel SMA versus wektu kanggo pulsa voltase input 7V.