Estructura activa - Enciclopedia

Una estructura activa (también conocida como una estructura inteligente o adaptable) es una estructura mecánica con la capacidad de alterar su configuración, forma o propiedades en respuesta a cambios en el entorno.

El término estructura activa también se refiere a estructuras que, a diferencia de las estructuras de ingeniería tradicionales (por ejemplo, puentes, edificios), requieren movimiento constante y, por lo tanto, una entrada de energía para mantenerse estable. La ventaja de las estructuras activas es que pueden ser mucho más masivas que una estructura estática tradicional: un ejemplo sería una fuente espacial, un edificio que se extiende hacia el espacio.


Función
El resultado de la actividad es una estructura más adecuada para el tipo y magnitud de la carga que lleva. Por ejemplo, un cambio de orientación de una viga podría reducir el nivel máximo de tensión o estrés, mientras que un cambio de forma podría hacer que una estructura sea menos susceptible a las vibraciones dinámicas. Un buen ejemplo de una estructura adaptable es el cuerpo humano, donde el esqueleto lleva una amplia gama de cargas y los músculos cambian su configuración para hacerlo. Considera llevar una mochila. Si el torso no ajusta ligeramente el centro de gravedad del sistema completo inclinándose hacia adelante, la persona se caerá de espaldas.

Una estructura activa consta de tres componentes integrales además de la parte de carga. Estos son los sensores, el procesador y los actuadores. En el caso del cuerpo humano, los nervios sensoriales son los sensores que recopilan información del entorno. El cerebro actúa como el procesador para evaluar la información y decidir actuar en consecuencia, e instruye a los músculos, que actúan como actuadores para responder. En la ingeniería pesada, ya hay una tendencia emergente de integrar la activación en puentes y cúpulas para minimizar las vibraciones bajo cargas de viento y terremoto.


Diseño
Los actuadores humanos existentes en el mercado, incluso los más sofisticados, son casi todos unidimensionales. Esto significa que solo pueden extenderse y contraerse a lo largo, o girar alrededor de un solo eje. Los actuadores capaces de moverse en ambas direcciones se conocen como actuadores bidireccionales, en contraste con los actuadores unidireccionales que solo pueden moverse en una dirección. La capacidad limitada de los actuadores ha restringido las estructuras activas a dos tipos principales: estructuras activas de travesaño, basadas en actuadores lineales, y brazos manipuladores, basados en actuadores giratorios.


Una buena estructura activa tiene una serie de requisitos. Primero, debe ser fácilmente activada. La activación debe ser de ahorro de energía. Por lo tanto, una estructura muy rígida y fuertemente resistente a la morfogénesis no es deseable. Segundo, la estructura resultante debe tener integridad estructural para soportar las cargas de diseño. Por lo tanto, el proceso de activación no debe comprometer la resistencia de la estructura. Más precisamente, podemos decir: Buscamos una estructura activa donde la activación de algunos miembros llevará a un cambio geométrico sin alterar sustancialmente su estado de tensión. En otras palabras, una estructura que tenga tanto determinación estática como determinación cinemática es óptima para la activación.


Aplicaciones
La tecnología de control activo se aplica en ingeniería civil, ingeniería mecánica y ingeniería aeroespacial. Aunque la mayoría de las estructuras civiles son estáticas, el control activo se utiliza en algunas estructuras civiles para hacer frente a cargas sísmicas, cargas de viento y vibraciones ambientales. Además, se propone utilizar el control activo para propósitos de tolerancia a daños donde la intervención humana está restringida. Korkmaz et al. demostraron la configuración de un sistema de control activo para la tolerancia a daños y el despliegue de un puente.


Véase también
James E. Hubbard, Jr.
Amortiguador de masa sintonizado


Referencias


Enlaces externos
Instituto Federal Suizo de Tecnología (EPFL), Laboratorio de Computación Aplicada y Mecánica (IMAC)
Laboratorio de Estructuras Desplegables de la Universidad de Cambridge
Hoberman Associates - Diseño Transformable
CRG Technology: Procesos de Morfogénesis
Una estructura de ascensor espacial independiente: una alternativa práctica al cables espaciales.