Análisis de tensiones deformaciones en un actuador para dispositivo biomems utilizando FEM

Abstract

Propósito: Para la lograr la integración en microdispositivos implantables se requiere disponer de actuadores con bajo nivel de consumo y con una vida útil prolongada. En la actualidad se pueden construir actuadores con bajas corrientes y tensiones eléctricas de actuación utilizando polímeros conductivos. La vida útil de los actuadores es afectada por fenómenos de delaminación en la interfase metal-polímero. Objetivo: Cuantificar y analizar las tensiones mecánicas que se presentan en el actuador cuando es estimulado eléctricamente. Metodología: En este trabajo se analizan las distribuciones de tensiones-deformaciones en un actuador de PPy (DBS) a partir de estimularlo eléctricamente y registrar las posiciones del actuador. Con la descripción de las posiciones de actuador y sus propiedades materiales, se calcularon las tensiones mecánicas presentes usando un modelo FEM 2D; se analizaron las deformaciones resultantes en la viga a partir de imponer los desplazamientos observados en forma experimental. La viga se modeló como un sólido elástico lineal e isotrópico. Se compararon los resultados obtenidos con los provenientes de modelos analíticos. Resultados: Se presentaron los registros con la descripción cinemática del actuador y su relación con el flujo de iones en el material polimérico. Las máximas excursiones del actuador se obtuvieron cuando el polímero se estimulo con 1V y -1,12 V. Cuando es energizado con 1V, el polímero expulsa iones de su matriz porosa obteniendo un radio de curvatura de 11,60 mm; cuando se lo estimula con -1,12 V ingresan iones obteniendo una curvatura de 66,17 mm. Se encontró que para una curvatura de 66,77 mm, la deformación del sustrato del actuador fue de -0,1% (compresión). Conclusiones: Con el modelo en elementos finitos se observan las regiones del actuador donde se concentran las tensiones identificando rangos de funcionamiento que eviten la delaminación el actuador. El modelo numérico presentado, permite simular y evaluar el comportamiento de actuadores con dimensiones no uniformes en el espesor de polímeros conductores.