رونمایی از کوچکترین و قدرتمندترین میکرو موتورهای دنیا

موتورهای التراسونیک پیزوالکتریک دو مزیت قابل توجه دارند، یعنی چگالی انرژی بالا و ساختار ساده آنها، که هر دو به کوچک سازی آنها کمک می کنند.ما یک نمونه اولیه موتور میکرو اولتراسونیک با استفاده از یک استاتور با حجم تقریباً یک میلی‌متر مکعب ساخته‌ایم.آزمایشات ما نشان داده است که موتور نمونه اولیه، گشتاوری بیش از 10 میکرونیوتن متر را با استاتور یک میلی متر مکعب تولید می کند.این موتور جدید اکنون کوچکترین موتور اولتراسونیک میکرو است که با گشتاور عملی ساخته شده است.

محرک‌های میکرو برای کاربردهای متعدد، از دستگاه‌های موبایل و پوشیدنی گرفته تا دستگاه‌های پزشکی با حداقل تهاجم، مورد نیاز هستند.با این حال، محدودیت های مرتبط با ساخت آنها، استقرار آنها را در مقیاس یک میلی متری محدود کرده است.متداول ترین موتورهای الکترومغناطیسی به کوچک سازی بسیاری از اجزای پیچیده مانند سیم پیچ ها، آهنرباها و یاتاقان ها نیاز دارند و به دلیل پوسته پوسته شدن، اتلاف گشتاور شدیدی از خود نشان می دهند.موتورهای الکترواستاتیک با استفاده از فناوری سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) مقیاس پذیری عالی را امکان پذیر می کنند، اما نیروی محرکه ضعیف آنها توسعه بیشتر آنها را محدود کرده است.
موتورهای اولتراسونیک پیزوالکتریک به دلیل چگالی گشتاور بالا و اجزای ساده آنها به میکروموتورهای با کارایی بالا تبدیل می شوند.کوچکترین موتور اولتراسونیک موجود که تا به امروز گزارش شده است دارای یک جزء فلزی با قطر 0.25 میلی متر و طول 1 میلی متر است.با این حال، اندازه کلی آن، از جمله مکانیسم پیش بارگذاری، 2-3 میلی متر است، و مقدار گشتاور آن برای استفاده به عنوان محرک در بسیاری از برنامه ها بسیار کوچک (47 نانومتر) است.
توموآکی ماشیمو، محقق دانشگاه صنعتی تویوهاشی، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، یک موتور اولتراسونیک میکرو با استاتور یک میلی متر مکعبی را توسعه داده است، و همچنین یکی از کوچکترین موتورهای اولتراسونیک ساخته شده است.استاتور، که از یک مکعب فلزی با یک سوراخ عبوری و عناصر صفحه پیزوالکتریک چسبیده به دو طرف آن تشکیل شده است، می‌تواند بدون نیاز به روش‌های ماشینکاری یا مونتاژ خاصی کوچک شود.نمونه اولیه موتور اولتراسونیک میکرو به گشتاور عملی 10 میکرونیوتن متر (اگر قرقره شعاع 1 میلی متری داشته باشد، موتور می تواند وزن 1 گرمی را بلند کند) و سرعت زاویه ای 3000 دور در دقیقه تقریباً 70 Vp-p را به دست آورد.این مقدار گشتاور 200 برابر بزرگتر از میکرو موتورهای موجود است و برای چرخاندن اجسام کوچک مانند سنسورهای کوچک و قطعات مکانیکی بسیار کاربردی است.