חשיפת מנועי המיקרו הקטנים והחזקים בעולם

למנועים קוליים פיזואלקטריים יש שני יתרונות משמעותיים, כלומר צפיפות האנרגיה הגבוהה והמבנה הפשוט שלהם, ששניהם תורמים למזעור שלהם.בנינו אב טיפוס מנוע מיקרו קולי באמצעות סטטור בנפח של כמילימטר מעוקב אחד.הניסויים שלנו הראו שמנוע אב הטיפוס מייצר מומנט של יותר מ-10 מיקרון ננומטר עם סטטור של מילימטר מעוקב אחד.המנוע החדש הזה הוא כעת המנוע המיקרו-אולטראסוני הקטן ביותר שפותח עם מומנט מעשי.

דרושים מיקרו מפעילים עבור יישומים רבים, החל ממכשירים ניידים לבישים ועד מכשירים רפואיים זעיר פולשניים.עם זאת, המגבלות הקשורות בייצורן הגבילו את פריסתן בקנה מידה של מילימטר אחד.המנועים האלקטרומגנטיים הנפוצים ביותר דורשים מזעור של רכיבים רבים ומורכבים כגון סלילים, מגנטים ומסבים, ומפגינים פיזור מומנט חמור עקב קנה המידה.מנועים אלקטרוסטטיים מאפשרים מדרגיות מצוינת על ידי שימוש בטכנולוגיית מערכות מיקרו-אלקטרו-מכאניות (MEMS), אך הכוח המניע החלש שלהם הגביל את המשך הפיתוח שלהם.
מנועים קוליים פיזואלקטריים צפויים להפוך למנועי מיקרו בעלי ביצועים גבוהים בגלל צפיפות המומנט הגבוהה והרכיבים הפשוטים שלהם.המנוע האולטראסוני הקטן ביותר שדווח עד כה הוא בעל רכיב מתכתי בקוטר של 0.25 מ"מ ואורך של 1 מ"מ.עם זאת, גודלו הכולל, כולל מנגנון הטעינה המוקדמת, מסתכם ב-2-3 מ"מ, וערך המומנט שלו קטן מדי (47 nNm) לשימוש כמפעיל ביישומים רבים.
Tomoaki Mashimo, חוקר באוניברסיטת טויוהאשי לטכנולוגיה, פיתח מנוע מיקרו קולי עם סטטור של מילימטר מעוקב אחד, כפי שמוצג באיור 1, והוא גם אחד המנועים האולטראסוניים הקטנים ביותר שנבנו אי פעם.ניתן להקטין את הסטטור, הכולל קובייה מתכתית עם חור דרך ואלמנטים פיזואלקטריים צלחת מוצמדים לצידיו, ללא צורך בשיטות עיבוד או הרכבה מיוחדות.אב-טיפוס המנוע המיקרו קולי השיג מומנט מעשי של 10 מיקרון ננומטר (אם לגלגלת יש רדיוס של 1 מ"מ, המנוע יכול להרים משקל של 1-גרם) ומהירות זוויתית של 3000 סל"ד בכ-70 Vp-p.ערך מומנט זה גדול פי 200 מזה של מנועי מיקרו קיימים, והוא פרקטי מאוד לסיבוב עצמים קטנים כמו חיישנים קטנים וחלקים מכניים.