Microatuador: Projeto, Funcionamento, Tipos e Suas Aplicações

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Geralmente, um atuador usa uma fonte de energia para mover ou controlar componentes mecânicos. Estes são freqüentemente encontrados em várias máquinas e motores elétricos . Por muitos anos, diferentes tipos de dispositivos mecânicos foram miniaturizados, embora este procedimento normalmente necessite de componentes muito menores do indivíduo. No século 21, microatuadores foram desenvolvidos onde processos industriais como microusinagem e litografia são usados ​​principalmente para fazer um microatuador. Este artigo apresenta uma visão geral de um microatuador r – trabalhando com aplicativos.


Definição do Microatuador

Um servomecanismo microscópico usado para fornecer e transmitir uma quantidade medida de energia para o sistema ou outro mecanismo de operação é conhecido como microatuador. Como um atuador geral, um microatuador deve atender a esses padrões como comutação rápida, grande deslocamento, alta precisão, menor consumo de energia, etc. Esses atuadores estão disponíveis em diferentes tamanhos que variam de milímetros a micrômetros, mas uma vez embalados, podem atingir todo o tamanho em centímetros,



Uma vez que o movimento mecânico dos sólidos é gerado, os deslocamentos típicos desses atuadores variam de nanômetros a milímetros. Da mesma forma, as taxas de fluxo típicas geradas para esses atuadores variam de picoLitros ou minutos a microLitros ou intervalos de minutos. O diagrama do Microatuador é mostrado abaixo.

  Microatuador
Microatuador

Construção do micro atuador

As figuras a seguir mostram três projetos de microatuadores térmicos: atuador de biomaterial, atuador de feixe dobrado e atuador de flexão. O projeto térmico atuadores com um único material é simétrico que é conhecido como viga dobrada ou em forma de V.



  Projeto do microatuador
Projeto do microatuador

O atuador bi-material inclui materiais com diferentes coeficientes de expansão térmica e funciona igualmente para um termostato bimetálico. Sempre que a temperatura muda devido a um aquecedor embutido no atuador, o microatuador pode se mover devido à variação na expansão associada à variação na temperatura.

O atuador de viga dobrada inclui pernas angulares que são úteis na expansão uma vez aquecida e fornecem força e saída de deslocamento. O atuador de flexão é assimétrico que inclui um braço quente e um braço frio. Esses atuadores incluem pernas assimétricas que dobram para a superfície devido à expansão diferencial uma vez aquecido.

  Via PCB

Funcionamento do Microatuador

O princípio de funcionamento de um microatuador é gerar movimento mecânico de fluidos ou sólidos onde este movimento é gerado através da mudança de uma forma de energia para outra energia, como térmica, eletromagnética ou elétrica em energia cinética (K.E) de componentes móveis. Para a maioria dos atuadores, diferentes princípios de geração de força são usados ​​como o efeito piezo, efeito bimetálico, forças eletrostáticas e efeito de memória de forma. Como um atuador geral, um microatuador precisa atender a esses padrões, como comutação rápida, grande deslocamento, alta precisão, menor consumo de energia, etc.

O atuador mecânico inclui uma fonte de alimentação, unidade de transdução, elemento de atuação e ação de saída.

  Funcionamento do microatuador
Funcionamento do microatuador
  • A fonte de alimentação é corrente/tensão elétrica.
  • A unidade de transdução converte a forma correta da fonte de alimentação na forma preferencial de ações do elemento de atuação.
  • Elemento de atuação é um componente ou material que se move através da fonte de alimentação.
  • A ação de saída é geralmente em um movimento prescrito.

Tipos de microatuadores

Microatuadores estão disponíveis em diferentes tipos que são discutidos abaixo.

  • Microatuador Térmico
  • Microatuador MEMS
  • Microatuador eletrostático
  • Piezoelétrico

Microatuador Térmico

Um microatuador térmico é um componente padrão usado em Microsistemas. Esses componentes são alimentados eletricamente através do aquecimento Joule, de outra forma ativados opticamente usando um laser. Esses atuadores são usados ​​em projetos de MEMS que incluem nanoposicionadores e interruptores ópticos. Os principais benefícios dos microatuadores térmicos incluem principalmente menos tensões de operação, alta geração de força e menor vulnerabilidade a falhas de adesão em comparação aos atuadores eletrostáticos. Esses atuadores precisam de mais energia e suas velocidades de comutação são limitadas pelos tempos de resfriamento.

  Microatuador Térmico
Microatuador Térmico

Para projetar e testar esses microatuadores, uma ampla gama de trabalhos deve ser feita. Portanto, esses microatuadores são projetados com diferentes métodos de microfabricação, como processamento de silício sobre isolante e microusinagem de superfície. As aplicações dos microatuadores incluem principalmente redes de RF de impedância ajustável, micro-relés, instrumentação médica muito precisa e muito mais.

Microatuador MEMS

O microatuador MEMS é um tipo de Sistema Micro Eletromecânico e sua principal função é transformar a energia em movimento. Esses atuadores combinam componentes elétricos e mecânicos com dimensões micrométricas. Assim, os movimentos típicos alcançados por esses atuadores são micrômetros. Os microatuadores MEMS são usados ​​principalmente em diferentes aplicações, como emissores ultrassônicos, microespelhos de deflexão de feixe óptico e sistemas de foco de câmera. Portanto, esses tipos de microatuadores são usados ​​principalmente para produzir uma deflexão controlada.

  Tipo de MEMS
Tipo de MEMS

Microatuador eletrostático

As unidades de acionamento de microatuadores que são acionadas por força eletrostática são conhecidas como microatuadores eletrostáticos. O microatuador eletrostático está se tornando o bloco de construção mais significativo em sistemas de computação e processamento de sinal óptico devido à sua alta densidade, tamanho pequeno, baixo consumo de energia e alta velocidade. Em geral, o princípio de operação dentro desses sistemas pode ser explicado como energia eletrostática atrativa causando uma revolução mecânica, conversão ou deformação da placa espelhada, controlando a fase, potência ou direção do feixe de luz quando ele transmite através de algum espaço ou meio livre.

  Microatuador eletrostático
Microatuador eletrostático

Neste tipo de microatuador, cada unidade de acionamento inclui eletrodos em forma de onda, onde esses eletrodos são puxados e isolados uns dos outros através da força eletrostática. Este tipo de deformação do atuador depende principalmente da força eletrostática, da força externa e da elasticidade da estrutura.

O movimento deste atuador foi simplesmente analisado através do FEM (método de elementos finitos) e o macromodelo deste atuador foi fabricado para verificar seu movimento. Assim, foi confirmado que a aparente complacência do atuador pode ser controlada por um sistema de controle de feedback usando sensor de deslocamento capacitivo e acionamento eletrostático.

Microatuador Piezoelétrico

Microatuadores piezoelétricos são muito famosos e usados ​​com mais frequência em diferentes campos. Estes são projetados montando elementos piezoelétricos uns sobre os outros. Uma vez que uma tensão é dada a ambos os lados desses elementos, eles podem se expandir. Mas tem uma estrutura complicada por isso é complexo de montar. O microatuador piezoelétrico é usado em diferentes sistemas de servocontrole para fornecer posicionamento e compensação ultraprecisos com o potencial.

  Tipo Piezoelétrico
Tipo Piezoelétrico

Por favor, consulte este link para saber sobre um Atuador Piezoelétrico .

Vantagens e desvantagens

o vantagens dos microatuadores inclui o seguinte.

  • Os benefícios dos microatuadores térmicos são menores tensões de operação, alta geração de força e menor suscetibilidade a falhas de adesão quando comparados aos atuadores eletrostáticos.
  • Os microatuadores estão disponíveis em tamanho menor, com menor consumo de energia e sistema de resposta mais rápido.

o Desvantagens dos microatuadores inclui o seguinte.

  • Microatuadores térmicos precisam de mais energia.
  • A velocidade de comutação dos microatuadores térmicos é limitada pelos tempos de resfriamento.

Aplicações de microatuadores

As aplicações dos microatuadores incluem o seguinte.

  • Microatuador é um pequeno dispositivo ativo usado para produzir movimento mecânico de fluidos/sólidos. Aqui o movimento é produzido pela mudança de uma forma de energia para outra forma.
  • Microatuadores são aplicáveis ​​em microfluídica para Lab-on-a-Chip & Implantable Drug Delivery Systems.
  • É um servomecanismo microscópico que transmite e fornece uma quantidade medida de energia para a operação de outro sistema/mecanismo.
  • Microatuadores são usados ​​para construir pequenos espelhos para projetores e monitores.
  • MEMS os microatuadores são usados ​​principalmente em diferentes aplicações, como emissores ultrassônicos, sistemas de foco de câmera e microespelhos de deflexão de feixe óptico.
  • A força produzida por um microatuador elétrico é utilizada principalmente para gerar deformações mecânicas dentro do material de interesse.

Assim, trata-se de tudo uma visão geral do microatuador que é capaz de realizar as tarefas da ferramenta convencional dentro do macromundo, no entanto, eles são muito menores em tamanho e permitem maior precisão. Exemplos de microatuadores incluem principalmente um comutador de matriz óptica coletado com microespelhos de torção que são acionados por força eletrostática, um microatuador usado para varredura de antena de micro-ondas, um microatuador com liga de memória de filme fino e automontagem de microestrutura tridimensional com microatuadores de acionamento de arranhões. Aqui está uma pergunta para você, o que é MEMS?