1 Nitinoltråd

1.1 Allmän beskrivning

För att åstadkomma en rörelse används vanligtvis en motor. I detta fall används dock en annan anordning, nämligen SMA, som står för Shape Memory Alloy eller på svenska minnesmetall. Minnesmetaller ändrar sin hårdhet och sitt utseende då de värms eller kyls.

1.2 Historia

Det var en svensk vid namn Arne Ölander som år 1932 först observerade en minneseffekt hos en legering av guld och kadmium. En tid senare 1961 upptäckte William Beuhler vid US Ordnance Laboratory (NOL) en minneseffekt hos en nickel-titan-legering. Produkten kallades för Nitinol, ett akronom för nickel, titan och NOL. Under 60 och 70-talet upptäcktes senare minneseffekter hos flera olika legeringar av titan, koppar, järn och guld. NASA studerade SMA-applikationer och använder idag dessa i bl.a. i sina satelliterantenner. För att satelliten skall få energi krävs att solen lyser på satellitens solpaneler. Dessa är dock ganska stora och löper stor risk att slås sönder av meteoriter som flyger omkring. Därför vecklas solfångarna endast ut då solens strålar träffar satelliten. Värmen från solen gör då att temperaturen i Nitinoltråden går över 70 grader C och då tråden dras ihop kommer solpanelerna att vecklas ut.

1.3 Funktion

När temperaturen i tråden överstiger ca 70 grader C, kommer trådens metalliska struktur att ändras och den nya atomstrukturen är mera kompakt än den gamla varför tråden kommer att dra ihop sig. Atomstrukturen kommer att gå från martensitisk fas till austenitisk fas. Det rör sig inte om några stora ändringar, ca 3-5 % är normalt. Det räcker dock för att åstadkomma en rörelse. 1.4 Egenskaper Nitinoltrådar är mycket tunna och kan storleksmässigt liknas vid hårstrån. Den nitinoltråd som används till Ladybug har en diameter på 150 mm men kan ändå dra med en kraft av ca 3 N vilket motsvarar ungefär 0.3 kg. Genom att leda elektricitet genom tråden kan denna upphettas snabbt och effektivt. Tråden som används till Ladybug har en resistans på 50 W/m och det krävs en ström på 400 mA för att få upp tillräcklig effekt. När tråden dragit ihop sig stängs strömmen av och då sjunker temperaturen igen. Det krävs dock en kraft att dra ut tråden till sin ursprungliga form. Eftersom tråden drar ihop sig så litet gäller det att komma på en bra konstruktion som kan ta vara på längdändringen i tråden. 1.5 Nitinoltrådarna på Ladybug Muskeltrådarna som sitter på Ladybug har som sagt en diameter på 150 mm och en längd av 25 cm. Detta gör att det krävs en spänning av minst 5 V för att komma upp i 70 grader C. Det visade sig dock att det gick bra att lägga högre spänning på tråden. Genom att göra detta orkar tråden dra mera. Nackdelen är at det tar längre tid för tråden att svalna. Det får inte bli för hög spänning i tråden ty då brinner den upp och minnesmetalleffekten försvinner. Strömmar upp till 700 mA går dock bra.