Las nuevas soluciones
Los componentes
Al sistema estructural tradicional, esta nueva solución incorpora: materiales inteligentes, dispositivos de control o protección estructural, sistemas de sensores en red, procesos de información y aprendizaje, como base para la gestión y toma de decisiones.
Los nuevos materiales
Las estructuras inteligentes demandan de materiales con propiedades inusuales, por lo cual también se les denominan como materiales inteligentes, con la misma reserva anotada previamente. O pueden tener propiedades conocidas pero no suficientemente aprovechadas, como el caso del caucho, que bajo determinadas condiciones recupera su forma después de retirada la carga. Caracteriza a estos materiales: su rápida capacidad de respuesta, su alto nivel de inteligencia, y su amplitud de respuesta ante variados estímulos.
Entre los materiales de interés están los materiales piezoeléctricos, identificados como aquellos cristales que previo tratamiento, alteran sus dimensiones al ser sometidos a un campo eléctrico; y al revés, responden con energía eléctrica al ser presionados. Existen también materiales piezoeléctricos que actúan también al esfuerzo cortante.
También están las aleaciones con memoria, en donde se reconoce a la aleación níquel y titanio, conocido como NiTiNOL. Esta aleación tiene la propiedad de que después de variar de forma al ser sometida a una carga, recupera su forma original al retirar ésta.
Material con restricciones magnéticas, capaz de convertir energía magnética en mecánica. Al cambiar la magnetización del material, se altera su longitud. Lo recíproco también es posible. Un efecto similar ocurre al caso de torsión o corte. Se les utiliza en dispositivos de actuación, por ejemplo, al generar energía magnética, se genera movimiento y fuerza.
Fluidos magneto-reológicos, incorporan la capacidad de materiales de materiales de pasar de estado líquido a sólido, en función del mejor estado para responder a una fuerza externa. Se ubican en dispositivos de amortiguación, en la forma de líquidos aceitosos con partículas de hierro, que se alinean en la aplicación de un campo magnético.
Materiales auto-reparadores, que buscan imitar la reacción del cuerpo humano de curar sus propias heridas. Compuestos de resinas encapsuladas e introducidas en el material principal de la estructura. La cápsula se rompe al agrietarse el elemento estructural y proporciona un pegante que repara la grieta.
Dispositivos de protección o control
Se trata de dispositivos que son capaces de absorber energía vibratoria. Corresponden a conjuntos de masas y resortes, arreglados en tal forma que impiden los efectos de excitaciones vibratorias. Son arreglos que se agregan a estructuras que deben ser protegidas de tales vibraciones a fin de evitar su fatiga o deterioro. Son conocidos en la protección de equipos mecánicos, y se incorporan a edificaciones para insensibilizar la acción de sismos.
Sensores en red
Se trata de sensores distribuidos espacialmente con capacidad para identificar su propia ubicación y autonomía de energía. Se utilizan para el seguimiento de variables físicas y ambientales (como sonido, temperatura, vibraciones, presión, deformación y otros).
Información y toma de decisiones
El sistema estructural inteligente incorpora su propio sistema de información para la recepción, almacenamiento y procesamiento de datos, con algoritmos para la toma de decisiones. Se ajusta a los sensores en red, que le envían información. Los algoritmos registran el comportamiento, previenen sobre el deterioro, sugieren acciones de mantenimiento. Se comunican también con dispositivos de actuación para autocorregirse como estructura o para mitigar el efecto de daños potenciales.
Imitación de la naturaleza
En la búsqueda de soluciones inteligentes para las estructuras, se toman en cuenta comportamientos y propiedades complejas de la naturaleza, que aún no ha sido posible reproducir.
Está su multifuncionalidad y su organización jerárquica, como la que es posible encontrar en los tendones.
Está el caso de la capacidad de movimiento giratorio que puede hacerse de brazo y mano, y paralizarlos en el momento deseado, sin que quede una rotación remanente.
También el del vuelo de una libélula, que puede cambiar la dirección casi en forma instantánea.
O la sensibilidad de las arañas.
Materiales piezoeléctricos. Caso de flexión en vigas. Currículo. La comunicación química.