كشف النقاب عن أصغر وأقوى المحركات الدقيقة في العالم

تتميز المحركات الكهرضغطية بالموجات فوق الصوتية بميزتين هامتين ، وهما كثافة الطاقة العالية وبنيتها البسيطة ، وكلاهما يساهم في تصغيرها.لقد بنينا نموذجًا أوليًا لمحرك يعمل بالموجات فوق الصوتية الدقيقة باستخدام الجزء الثابت بحجم مليمتر مكعب واحد تقريبًا.أظهرت تجاربنا أن النموذج الأولي للمحرك يولد عزمًا يزيد عن 10 ميكرومتر مع ساكن واحد مليمتر مكعب.يعد هذا المحرك الجديد الآن أصغر محرك بالموجات فوق الصوتية الدقيقة تم تطويره بعزم دوران عملي.

هناك حاجة إلى مشغلات صغيرة للعديد من التطبيقات ، بدءًا من الأجهزة المحمولة والأجهزة القابلة للارتداء إلى الأجهزة الطبية طفيفة التوغل.ومع ذلك ، فإن القيود المرتبطة بتصنيعها قد حدت من انتشارها على نطاق المليمتر الواحد.تتطلب المحركات الكهرومغناطيسية الأكثر شيوعًا تصغير العديد من المكونات المعقدة مثل الملفات والمغناطيس والمحامل ، وتظهر تبديدًا شديدًا لعزم الدوران بسبب القياس.تتيح المحركات الكهروستاتيكية قابلية ممتازة للتوسع باستخدام تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) ، لكن قوتها الدافعة الضعيفة حدت من تطورها الإضافي.
من المتوقع أن تصبح المحركات الكهرضغطية بالموجات فوق الصوتية محركات دقيقة عالية الأداء بسبب كثافة عزم الدوران العالية ومكوناتها البسيطة.أصغر محرك يعمل بالموجات فوق الصوتية تم الإبلاغ عنه حتى الآن يحتوي على مكون معدني يبلغ قطره 0.25 ملم وطوله 1 ملم.ومع ذلك ، يبلغ حجمها الإجمالي ، بما في ذلك آلية التحميل المسبق ، 2-3 مم ، وقيمة عزم الدوران صغيرة جدًا (47 نانومتر) لاستخدامها كمشغل في العديد من التطبيقات.
طور Tomoaki Mashimo ، الباحث في جامعة تويوهاشي للتكنولوجيا ، محركًا بالموجات فوق الصوتية الدقيقة بجزء ثابت واحد مليمتر مكعب ، كما هو موضح في الشكل 1 ، وهو أيضًا أحد أصغر المحركات فوق الصوتية التي تم بناؤها على الإطلاق.يمكن تصغير الجزء الثابت ، الذي يتألف من مكعب معدني به ثقب من خلال ثقب وعناصر كهرضغطية لوحة على جوانبه ، دون الحاجة إلى أي آلية خاصة أو طرق تجميع.حقق النموذج الأولي للمحرك بالموجات فوق الصوتية الصغيرة عزمًا عمليًا يبلغ 10 ميكرومتر (إذا كان نصف قطر البكرة 1 مم ، يمكن للمحرك رفع وزن 1 جم) وسرعة زاوية تبلغ 3000 دورة في الدقيقة عند 70 Vp-p تقريبًا.قيمة عزم الدوران هذه أكبر 200 مرة من قيمة المحركات الدقيقة الموجودة ، وهي عملية جدًا لتدوير الأشياء الصغيرة مثل المستشعرات الصغيرة والأجزاء الميكانيكية.