Presentazione dei micromotori più piccoli e potenti del mondo

I motori piezoelettrici a ultrasuoni presentano due vantaggi significativi, vale a dire la loro elevata densità di energia e la loro struttura semplice, che contribuiscono entrambi alla loro miniaturizzazione.Abbiamo costruito un prototipo di motore a micro ultrasuoni utilizzando uno statore con un volume di circa un millimetro cubo.I nostri esperimenti hanno dimostrato che il motore prototipo genera una coppia di oltre 10 μNm con uno statore di un millimetro cubo.Questo nuovo motore è ora il più piccolo motore a micro ultrasuoni che è stato sviluppato con una coppia pratica.

I micro attuatori sono necessari per numerose applicazioni, dai dispositivi mobili e indossabili ai dispositivi medici minimamente invasivi.Tuttavia, le limitazioni associate alla loro fabbricazione hanno limitato la loro distribuzione su scala di un millimetro.I motori elettromagnetici più comuni richiedono la miniaturizzazione di molti componenti complicati come bobine, magneti e cuscinetti e presentano una forte dissipazione della coppia dovuta al ridimensionamento.I motori elettrostatici consentono un'eccellente scalabilità utilizzando la tecnologia dei sistemi microelettromeccanici (MEMS), ma la loro debole forza motrice ne ha limitato l'ulteriore sviluppo.
Si prevede che i motori piezoelettrici a ultrasuoni diventino micromotori ad alte prestazioni grazie alla loro elevata densità di coppia e ai componenti semplici.Il più piccolo motore ad ultrasuoni esistente finora riportato ha una componente metallica con un diametro di 0,25 mm e una lunghezza di 1 mm.Tuttavia, la sua dimensione totale, compreso il meccanismo di precarico, ammonta a 2-3 mm e il suo valore di coppia è troppo piccolo (47 nNm) per essere utilizzato come attuatore in molte applicazioni.
Tomoaki Mashimo, ricercatore presso la Toyohashi University of Technology, ha sviluppato un micro motore a ultrasuoni con uno statore di un millimetro cubo, come mostrato in Fig. 1, ed è anche uno dei più piccoli motori a ultrasuoni mai costruiti.Lo statore, che comprende un cubo metallico con un foro passante ed elementi piezoelettrici a piastra aderiti ai lati, può essere ridimensionato senza richiedere particolari lavorazioni o metodi di assemblaggio.Il prototipo di motore a micro ultrasuoni ha raggiunto una coppia pratica di 10 μNm (se la puleggia ha un raggio di 1 mm, il motore può sollevare un peso di 1 g) e una velocità angolare di 3000 giri/min a circa 70 Vp-p.Questo valore di coppia è 200 volte maggiore di quello dei micromotori esistenti ed è molto pratico per ruotare piccoli oggetti come piccoli sensori e parti meccaniche.