En esta entrada de blog, exploraremos los principios y las características de las aleaciones con memoria de forma y presentaremos ejemplos de sus aplicaciones, que abarcan desde la vida cotidiana hasta la tecnología de vanguardia.
Una antena que se pliega para facilitar su transporte, pero que se despliega completamente en el espacio; una camisa cuyas mangas se remangan automáticamente al calentarse; gafas que recuperan su forma original incluso después de doblarse: estos escenarios, que antes parecían sacados de una película de ciencia ficción, ahora son una realidad. Esto es posible gracias a la aleación con memoria de forma. Como su nombre indica, estas aleaciones conservan su forma. Incluso después de que una aleación se moldee con una forma específica y luego se deforme al aplicarle una fuerza, recupera su forma original al calentarse. La creación de esta aleación, que parece algo propio de la imaginación, surgió por pura casualidad. En 1960, durante un experimento en el Laboratorio de Armas Navales de EE. UU., un investigador observó que una muestra de níquel (Ni)-titanio (Ti) comenzaba a ondularse al acercarle un encendedor. La investigación de este fenómeno condujo al desarrollo de las aleaciones con memoria de forma de níquel (Ni)-titanio (Ti) que se utilizan principalmente en la actualidad.
La capacidad de las aleaciones con memoria de forma para recuperar su forma original a pesar de la deformación externa se debe a la estructura cristalina del metal, es decir, a la disposición de sus átomos. Todos los metales están compuestos de átomos dispuestos en un patrón regular que forma cristales, y estos cristales poseen una estructura interna repetitiva. En la mayoría de los metales, al doblarse, estirarse o calentarse externamente, la deformación se produce sin alterar la disposición de los átomos. En cambio, las aleaciones con memoria de forma poseen dos estructuras cristalinas estables que varían con la temperatura; por consiguiente, cuando la temperatura cambia, la disposición atómica también cambia. Por ejemplo, a altas temperaturas, el acero presenta una disposición atómica cúbica centrada en las caras (fcc), conocida como austenita, entre sus diversas fases, pero al enfriarse, se transforma en una disposición atómica cúbica centrada en el cuerpo (bcc), conocida como martensita. Dado que la martensita puede deformarse externamente, es posible darle la forma deseada; al calentarse, la aleación «recuerda» esa forma en su estado de austenita. Posteriormente, incluso si la forma se altera, volverá a su forma original simplemente aumentando la temperatura.
Para comprender mejor el principio de funcionamiento de las aleaciones con memoria de forma, podemos compararlas con un organismo vivo. Estas aleaciones son como organismos vivos que «recuerdan su forma» bajo condiciones específicas y «recuperan» su estado original cuando cambian las circunstancias. En otras palabras, mantienen su forma original a altas temperaturas y, al ser sometidas a impactos externos o deformaciones, adoptan temporalmente una nueva forma, pero finalmente vuelven a su estado original. Por ello, las aleaciones con memoria de forma se consideran «materiales inteligentes» que superan las limitaciones de los metales simples al deformarse y recuperarse repetidamente por sí mismas. Actualmente se están realizando investigaciones para que respondan no solo a la temperatura, sino también a diversos estímulos como impulsos eléctricos, campos magnéticos y presión.
Basándose en este principio, se han descubierto docenas de sistemas de aleación, incluyendo aleaciones a base de níquel (Ni), cobre (Cu) y hierro (Fe), gracias a la investigación continua. Sin embargo, todas comparten dos características comunes. La primera es la «fuerza de recuperación». Esta fuerza se refiere a la que se ejerce sobre la aleación al volver a su forma original en respuesta a los cambios de temperatura; debido a su magnitud, puede aprovecharse mecánicamente. La segunda característica es la «repetibilidad». Incluso después de que la aleación haya experimentado un ciclo de deformación y recuperación, al volver a deformarla, recupera su forma original. Este proceso demuestra repetibilidad, permitiendo que la aleación vuelva a su forma original incluso después de cientos de ciclos. Gracias a estas propiedades de fuerza de recuperación y repetibilidad, las aleaciones con memoria de forma se han consolidado como materiales esenciales en diversos campos.
Las aleaciones con memoria de forma, que poseen propiedades únicas de recuperación y repetibilidad a diferencia de los metales comunes, se utilizaban inicialmente solo en la exploración espacial, aplicaciones militares e industriales. Sin embargo, ahora desempeñan un papel importante en muchos aspectos de la vida cotidiana y sus aplicaciones son prácticamente ilimitadas. Por ejemplo, en el campo de la tecnología espacial, se utilizan en componentes como alas y paneles solares; se pueden diseñar para que permanezcan plegados en un estado compacto durante el lanzamiento de la nave espacial y se desplieguen automáticamente al entrar en el espacio. Esto permite una mayor superficie a la vez que reduce el volumen, mejorando así la eficiencia del transporte y disminuyendo los costes de lanzamiento.
Al aplicar la propiedad de la aleación —que requiere cambios de temperatura para su recuperación y deformación— al calor corporal, se encuentran numerosas aplicaciones relacionadas con el cuerpo humano. Algunos ejemplos incluyen los aros de sujetador con memoria de forma, que recuperan su forma original al entrar en contacto con el calor corporal durante el lavado, y las camisas sin arrugas con fibras de aleación con memoria de forma que ajustan la longitud de las mangas según el clima y la temperatura, lo que facilita la vida diaria. Además, se utilizan ampliamente aparatos de ortodoncia que emplean el calor corporal para alinear los dientes de manera uniforme, y las aleaciones con memoria de forma se insertan en vasos sanguíneos estrechos para expandirse en la ubicación deseada, con fines médicos como la conexión o el soporte de partes del cuerpo dañadas. Si las propiedades de las aleaciones con memoria de forma se integraran con el campo de la biotecnología, los efectos sinérgicos serían inmensos. Además de estas aplicaciones, su sensibilidad a los cambios de temperatura las hace útiles como sensores de control automático de temperatura en rociadores y calentadores, y también se utilizan en campos que requieren alta estabilidad, como las juntas de tuberías en submarinos y aeronaves.
Aunque las aleaciones con memoria de forma poseen excelentes propiedades y una amplia gama de aplicaciones, también presentan inconvenientes. Son difíciles de procesar, de moldear y costosas, lo que dificulta su aplicación práctica. Para superar estos inconvenientes, se está llevando a cabo una extensa investigación. Como resultado, las aleaciones con memoria de forma fabricadas con cobre —relativamente menos costoso que el titanio— y los plásticos con memoria de forma, que poseen las mismas propiedades que las aleaciones pero son más competitivos en precio, están a punto de comercializarse. Actualmente, la investigación en ingeniería de materiales está en pleno auge para desarrollar materiales con memoria de forma más prácticos. En particular, las propiedades de memoria de forma se están ampliando más allá de las aleaciones para incluir materiales poliméricos, combinándolas con las ventajas de los polímeros —como la ligereza, la adhesión y la facilidad de moldeo— para permitir diversas aplicaciones en materiales médicos y textiles. Además, se están realizando esfuerzos para ampliar las propiedades de memoria de forma —que responden a los cambios de temperatura— para incluir diversos estímulos como fuerzas magnéticas y reacciones ácido-base.
Al repasar la historia de la humanidad, el desarrollo de la civilización ha estado impulsado por los materiales y sustancias predominantes en cada época, como la piedra, el bronce, el hierro, el plástico y el silicio. El desarrollo y el perfeccionamiento de los materiales hicieron posible la invención de las computadoras, permitieron que las naves espaciales viajaran al espacio y, en un sentido más amplio, hicieron posible nuestro estilo de vida actual. En este contexto, las aleaciones con memoria de forma —consideradas nuevos materiales— también transformarán un mundo antes inimaginable en realidad. Aspiramos a un futuro que dé un paso más allá, gracias al desarrollo y la aplicación de estas aleaciones, que poseen el potencial suficiente para crear un mundo mejor.
