形状记忆合金（SMA）属于形状记忆材料中金属类，它具有在特定的外界激励条件下如热或磁激励的情况下记忆或者保留原来形状的能力。形状记忆合金执行器（SMAA）与传统基于电磁、气动和液压原理的执行器相比，结构简单、功重比大、无噪声（电磁噪声），同时具有自感知功能、低压驱动、轻量化、小型化、结构多样化等特点。
经过学界和工业界多年的探索和应用，目前在某些特殊领域已经得到应用，形状记忆合金执行器不仅能够在功能上替代和性能上超越传统执行器，而且可以有效降低执行器的制造和使用成本，尤其是在高功重比、轻量小型化执行器的应用领域。
形状记忆合金执行器在生物医疗领域主要利用NiTi合金良好的生物相容性和高功重比的驱动能力来实现矫正整形固定、医疗手术器械和康复训练的性能。
形状记忆合金在牙科的矫正整形和骨科的固定器应用分别如图1a和图1b所示，形状记忆合金矫正固定器与传统不锈钢矫正固定器相比，形状记忆合金矫正固定器能够在人体内维持在超弹性状态，不仅拥有较好的生物相容性，而且不容易发生变形，矫正力非常好，另外用于心血管支架的自蓬式形状记忆合金支架管和用于狭小空间套取结石的形状记忆合金网篮已经广泛应用于医疗手术中。
图1a-b
图1c～图1f分别为形状记忆合金执行器医疗器械中主要用于微创手术中的心房治疗、图像采集、肠道内窥镜和手术机器人，形状记忆合金执行器在这些狭小空间工作的优势要远远高于传统电磁式电机和其他智能驱动材料执行器。
图1c-d
图1e-f
有学者提出用于房颤治疗的手术器械，不仅能够实现狭小空间的各种动作需求，而且由于通过电加热形式非电磁式驱动，能够很好地兼容核磁共振技术。有学者提出了一种基于形状记忆合金的图像引导外科手术中尺度扭转驱动器，该扭力驱动器由一对对抗形状记忆合金扭力弹簧通过交替焦耳加热和自然冷却实现双向驱动，显著提高机器人的灵活性和机动性，最终通过集成到手术机器人原型机中验证了设计、建模和控制的效果。
有学者对比了形状记忆合金执行器、无刷直流电机和离子型金属聚合物执行器在微型内窥镜领域的性能对比，形状记忆合金执行器具有驱动电压低、力量大、结构简单和无需转换结构等优势。有学者提出了一种折纸启发基于形状记忆合金执行器驱动的微创手术四自由度抓手，实现了微创手术抓手平移和旋转灵活运动和狭小空间的设计要求的同时，大大简化了抓手的复杂结构。
医疗康复领域的机器人通常采用传统基于电机和气动驱动手段的机器人，不仅设备体积质量较大，而且较复杂，如气动设备，不仅需要控制器还需要较多的中间气动控制机构。
图1g-h
形状记忆合金执行器在人体康复训练中的应用如图1g和图1h所示，有学者提出了一种基于形状记忆合金执行器驱动辅助治疗面瘫的机器人面具，通过形状记忆合金拉动机构来操纵肌肤，以增强面部的活动表情表现，此项研究中心通过人体解刨学的分析和利用深度图像传感器和距离传感器等手段优化机器人面具的动作，证实了面瘫辅助治疗机器人具有良好的辅助治疗效果。
有学者提出了一种基于形状记忆合金执行器手部康复治疗的机器人，极大地减轻了设备的体积和质量，具有非常好的驱动柔顺性，提高患者使用体验的同时，能够结合肌电反射并通过控制器不同的控制方法，实现多种康复模式的训练治疗。
本文编自2022年第20期《电工技术学报》，论文标题为“形状记忆合金执行器研究综述”。本课题得到黑龙江省自然科学基金资助项目的支持。