Atuadores Esotéricos

Os motores estão por toda parte; Motores DC, motores AC, motores de passo e muitos outros. Neste artigo, vou olhar além desses dispositivos comuns e procurar atuadores eletrônicos mais esotéricos e incomuns que possam encontrar um lugar em um de seus projetos. Em qualquer caso, os seus mecanismos são interessantes por si só! Junte-se a mim após o intervalo para uma pesquisa de piezo, magnetostritivos, magnetoreológicos, bobinas de voz, galvonômetros e outros dispositivos. Eu adoraria ouvir sobre seus atuadores e motores favoritos também, então comente abaixo!

Os materiais piezoelétricos às vezes parecem mágicos. Aplique uma voltagem a um material piezoelétrico e ele se moverá, simples assim. O problema, claro, é que ele não se move muito. O dispositivo piezoelétrico com o qual você provavelmente está mais familiarizado é a humilde campainha. Você normalmente os dirige com menos de 10 volts. Embora uma campainha produza um som claramente audível, você não consegue vê-la flexionando (como mostrado acima).

Para avaliar o movimento de uma campainha, tentei recentemente acionar uma com um driver piezoelétrico de 150 volts, o que resultou em uma deflexão total de cerca de 0,1 mm. Não muito para os padrões normais!

Para algumas aplicações, entretanto, a resolução é de interesse primário, e não o alcance do deslocamento. É aqui que os atuadores piezoelétricos realmente brilham. A aplicação dos atuadores piezoelétricos é talvez o microscópio de sonda de varredura. Muitas vezes, eles exigem precisão subnanométrica (menos de 1000 de 1000 de 1 milímetro) para visualizar átomos individuais. Pilhas Piezo são ideais aqui (embora os hackers também tenham usado campainhas baratas!).

Às vezes, porém, você precisa de alta precisão em uma faixa maior de deslocamento. Existem várias configurações piezoelétricas que permitem isso. Notavelmente Inchworm, “LEGS” e atuadores slip-stick.

O atuador PiezoMotor LEGS é mostrado acima. Conforme observado, os Piezos produzem apenas movimentos pequenos (geralmente submilimétricos). Em vez de usar esse movimento diretamente, LEGS usa esse movimento para “caminhar” ao longo de uma haste, empurrando-a para frente e para trás. A haste é, portanto, movida em pequenos passos nanométricos. No entanto, os piezos podem se mover rapidamente (flexionando milhares de vezes por segundo). E o LEGS (e o atuador Inchworm semelhante) permite movimentos relativamente rápidos, de alta força e de alta resolução.

O truque da toalha de mesa (sim, esta é falsa, a criança está bem, não se preocupe. :))

Outro tipo de atuador piezoelétrico de longo curso usa o “fenômeno stick-slip”. Isso é muito parecido com o truque de mágica da toalha de mesa mostrado acima. Se puxar o pano lentamente, haverá um atrito significativo entre o pano e a louça e eles serão arrastados junto com o pano. Puxe-o rapidamente e haverá menos fricção e a louça permanecerá no lugar.

Esta diferença entre atrito estático e dinâmico é explorada em atuadores stick-slip. O mecanismo básico é mostrado na figura abaixo.

Ao estender, desacelerar, uma mandíbula gira um parafuso, mas se a pilha piezoelétrica for comprimida rapidamente, o parafuso não retornará. O parafuso pode, portanto, ser girado. Ao inverter o processo (estender rapidamente e depois comprimir lentamente), o processo é invertido e o parafuso é girado na direção oposta. O interessante dessa configuração é que ela mantém grande parte da precisão original do piezo. Os picomotores têm resoluções de cerca de 30 nanômetros em uma grande variedade de viagens, normalmente 25 mm, são normalmente usados ​​para foco e alinhamento óptico e podem ser adquiridos no eBay por cerca de 100 dólares. Ah, e eles também podem ser usados ​​para fazer música. Os favoritos incluem Stairway to Heaven, e não 1, mas 2 versões de Still Alive (de Portal). A demonstração obrigatória da Marcha Imperial está incorporada aqui:

Existem inúmeras outras configurações piezoelétricas, mas normalmente elas são usadas para fornecer movimento de alta força e alta precisão. Documento mais alguns em meu blog.

Magnetostrição é a tendência de um material mudar de forma sob um campo magnético. Temos falado bastante sobre magnetostrição ultimamente. Por mais parecido que os piezos, ele também pode ser usado para movimentos de alta precisão. Ao contrário dos piezos, eles exigem tensões relativamente baixas para operação e encontraram aplicações de nicho.