Mikroaktuator: Desain, Pengerjaan, Jenis & Aplikasinya

Umumnya, aktuator menggunakan sumber energi untuk menggerakkan atau mengendalikan komponen mekanis. Ini sering ditemukan di berbagai mesin dan motor listrik . Selama bertahun-tahun, berbagai jenis perangkat mekanis telah diperkecil, meskipun prosedur ini biasanya membutuhkan komponen individu yang sangat kecil. Pada abad ke-21, mikroaktuator dikembangkan di mana proses Industri seperti mesin mikro & litografi terutama digunakan untuk membuat mikroaktuator. Artikel ini membahas ikhtisar tentang mikroaktuator r – bekerja dengan aplikasi.

Definisi Mikroaktuator

Sebuah servomekanisme mikroskopis yang digunakan untuk memasok & mentransmisikan sejumlah energi yang terukur untuk sistem atau operasi mekanisme lain yang dikenal sebagai mikroaktuator. Seperti aktuator umum, aktuator mikro harus memenuhi standar ini seperti peralihan cepat, perjalanan besar, presisi tinggi, konsumsi daya lebih sedikit, dll. Aktuator ini tersedia dalam berbagai ukuran yang bervariasi dari milimeter hingga mikrometer, tetapi begitu dikemas, mereka dapat mencapai seluruh ukuran dalam sentimeter,

Setelah gerakan mekanis padatan dihasilkan, maka perpindahan khas aktuator ini berkisar dari nanometer hingga milimeter. Demikian pula, laju aliran khas yang dihasilkan untuk aktuator ini berkisar dari picoLiter atau menit hingga mikroLiter atau rentang menit. Diagram Mikroaktuator ditunjukkan di bawah ini.

Konstruksi Aktuator Mikro

Gambar berikut menunjukkan tiga desain mikroaktuator termal aktuator biomaterial, aktuator balok bengkok & aktuator lentur. Desain termal aktuator dengan bahan tunggal simetris yang dikenal sebagai balok bengkok atau berbentuk V.

Aktuator bi-material mencakup material dengan koefisien ekspansi termal yang berbeda & bekerja sama dengan termostat bimetalik. Setiap kali suhu berubah karena pemanas tertanam di aktuator, aktuator mikro dapat bergerak karena variasi dalam ekspansi yang terkait dengan variasi dalam suhu.

Aktuator balok bengkok termasuk kaki miring yang membantu dalam mengembang setelah dipanaskan dan memberikan output gaya dan perpindahan. Aktuator lentur asimetris yang mencakup lengan panas & lengan dingin. Aktuator ini termasuk kaki asimetris yang menekuk ke permukaan karena ekspansi diferensial setelah dipanaskan.

Kerja Mikroaktuator

Prinsip kerja Mikroaktuator adalah menghasilkan gerak mekanis dari fluida atau padatan dimana gerak ini dihasilkan melalui perubahan satu bentuk energi ke energi lain seperti dari termal, elektromagnetik, atau listrik menjadi energi kinetik (K.E) dari komponen bergerak. Untuk sebagian besar aktuator, prinsip pembangkitan gaya yang berbeda digunakan seperti efek piezo, efek bimetal, gaya elektrostatik & efek memori bentuk. Seperti aktuator umum, aktuator mikro harus memenuhi standar ini seperti peralihan cepat, perjalanan besar, presisi tinggi, konsumsi daya lebih sedikit, dll.

Aktuator mekanis mencakup catu daya, unit transduksi, elemen penggerak, dan aksi keluaran.

• Catu daya adalah arus/tegangan Listrik.
• Unit transduksi mengubah bentuk catu daya yang tepat menjadi bentuk tindakan yang disukai dari elemen penggerak.
• Elemen penggerak adalah komponen atau material yang bergerak melalui catu daya.
• Tindakan keluaran umumnya dalam gerakan yang ditentukan.

Jenis Mikroaktuator

Mikroaktuator tersedia dalam berbagai jenis yang dibahas di bawah ini.

• Mikroaktuator Termal
• Mikroaktuator MEMS
• Aktuator Mikro Elektrostatik
• piezoelektrik

Mikroaktuator Termal

Sebuah mikroaktuator termal adalah komponen standar yang digunakan dalam Microsystems. Komponen-komponen ini ditenagai secara elektrik melalui pemanasan Joule atau diaktifkan secara optik dengan menggunakan laser. Aktuator ini digunakan dalam desain MEMS yang mencakup nanoposisi & sakelar optik. Manfaat utama mikroaktuator termal terutama mencakup tegangan operasi yang lebih sedikit, pembangkitan gaya yang tinggi, dan kerentanan yang lebih kecil terhadap kegagalan adhesi dibandingkan dengan aktuator elektrostatik. Aktuator ini membutuhkan lebih banyak daya & kecepatan peralihannya dibatasi melalui waktu pendinginan.

Untuk merancang dan menguji mikroaktuator ini, berbagai pekerjaan harus dilakukan. Jadi aktuator mikro ini dirancang dengan metode fabrikasi mikro yang berbeda seperti pemrosesan silikon pada isolator & pemesinan mikro permukaan. Aplikasi mikroaktuator terutama mencakup jaringan RF impedansi yang dapat disetel, relai mikro, instrumentasi medis yang sangat akurat, dan banyak lagi.

Mikroaktuator MEMS

Mikroaktuator MEMS adalah salah satu jenis Sistem Mikro Elektro Mekanik dan fungsi utamanya adalah mengubah energi menjadi gerak. Aktuator ini menggabungkan komponen listrik & mekanik dengan dimensi mikrometer. Jadi, gerakan khas yang dicapai oleh aktuator ini adalah mikrometer. Mikroaktuator MEMS terutama digunakan dalam berbagai aplikasi seperti pemancar ultrasonik, cermin mikro defleksi sinar optik & sistem fokus kamera. Jadi jenis mikroaktuator ini terutama digunakan untuk menghasilkan defleksi yang terkontrol.

Aktuator Mikro Elektrostatik

Unit penggerak mikroaktuator yang digerakkan melalui gaya elektrostatik dikenal sebagai mikroaktuator elektrostatik. Mikroaktuator elektrostatik menjadi blok bangunan paling signifikan dalam sistem komputasi & pemrosesan sinyal optik karena kepadatannya yang tinggi, ukurannya yang kecil, konsumsi daya yang rendah & kecepatan tinggi. Secara umum, prinsip operasi dalam sistem ini dapat dijelaskan sebagai energi tarik-menarik elektrostatik yang menyebabkan revolusi mekanis, konversi atau deformasi pelat cermin, mengendalikan fase, daya, atau arah berkas cahaya ketika mentransmisikan melalui beberapa ruang atau media bebas.

Dalam mikroaktuator jenis ini, setiap unit penggerak mencakup elektroda seperti gelombang di mana elektroda ini ditarik & diisolasi satu sama lain melalui gaya elektrostatik. Jenis deformasi aktuator ini terutama tergantung pada gaya elektrostatik, gaya eksternal & elastisitas struktur.

Gerakan aktuator ini hanya dianalisis melalui FEM (metode elemen hingga) & model makro aktuator ini dibuat untuk memverifikasi gerakannya. Jadi, dipastikan bahwa kepatuhan nyata aktuator dapat dikontrol oleh sistem kontrol umpan balik menggunakan penginderaan perpindahan kapasitif dan penggerak elektrostatik.

Aktuator Mikro Piezoelektrik

Mikroaktuator piezoelektrik sangat terkenal dan paling sering digunakan di berbagai bidang. Ini dirancang dengan memasang elemen piezoelektrik di atas satu sama lain. Setelah tegangan diberikan ke kedua sisi elemen ini, maka mereka dapat mengembang. Tetapi memiliki struktur yang rumit sehingga rumit untuk dirakit. Aktuator mikro piezoelektrik digunakan dalam sistem kontrol servo yang berbeda untuk memberikan pemosisian & kompensasi yang sangat tepat dengan potensi.

Silakan merujuk ke tautan ini untuk mengetahui tentang Aktuator piezoelektrik .

Keuntungan dan kerugian

Itu keuntungan dari mikroaktuator termasuk berikut ini.

• Manfaat mikroaktuator termal adalah tegangan operasi yang lebih sedikit, pembangkitan gaya yang tinggi, dan kerentanan yang lebih rendah terhadap kegagalan adhesi jika dibandingkan dengan aktuator elektrostatik.
• Mikroaktuator tersedia dalam ukuran yang lebih kecil, dengan konsumsi daya yang lebih sedikit & sistem respons yang lebih cepat.

Itu kelemahan mikroaktuator termasuk berikut ini.

• Mikroaktuator termal membutuhkan lebih banyak daya.
• Kecepatan switching mikroaktuator termal dibatasi oleh waktu pendinginan.

Aplikasi Mikroaktuator

Aplikasi mikroaktuator meliputi berikut ini.

• Mikroaktuator adalah perangkat aktif kecil yang digunakan untuk menghasilkan gerakan mekanis cairan/padatan. Di sini gerak dihasilkan dengan mengubah satu bentuk energi ke bentuk lain.
• Mikroaktuator berlaku dalam mikofluida untuk Sistem Pengiriman Obat Lab-on-a-Chip & Implan.
• Ini adalah servomekanisme mikroskopis yang mentransmisikan & memasok sejumlah energi yang terukur untuk operasi sistem/mekanisme lain.
• Mikroaktuator digunakan untuk membuat cermin kecil untuk proyektor & layar.
• MEMS mikroaktuator terutama digunakan dalam aplikasi yang berbeda seperti pemancar ultrasonik, sistem fokus kamera & cermin mikro defleksi sinar optik.
• Gaya yang dihasilkan oleh mikroaktuator listrik terutama digunakan untuk menghasilkan deformasi mekanis dalam bahan yang diinginkan.

Jadi, ini semua tentang gambaran umum tentang Mikroaktuator yang mampu melakukan tugas alat konvensional dalam dunia makro, namun ukurannya sangat kecil & memungkinkan presisi yang lebih besar. Contoh aktuator mikro terutama mencakup sakelar matriks optik yang dikumpulkan dengan cermin mikro torsional yang digerakkan melalui gaya elektrostatik, aktuator mikro yang digunakan untuk pemindaian antena gelombang mikro, aktuator mikro dengan paduan memori film tipis & perakitan mandiri mikrostruktur 3 dimensi dengan mikroaktuator penggerak awal. Ini pertanyaan untuk Anda, apa itu MEMS?