Che cos'è un motore piezoelettrico?
Un motore piezoelettrico è un dispositivo che crea movimento quando un campo elettrico crea movimento in determinati cristalli o materiali artificiali. La piezoelettricità fu dimostrata per la prima volta nel 1880, quando si scoprì che i cristalli di quarzo creavano correnti elettriche quando venivano sollecitati colpendoli o comprimendoli. Questo effetto è l'opposto di ciò che alimenta un motore piezoelettrico, in cui l'elettricità viene utilizzata per creare movimento da un materiale sensibile al campo elettrico.
La necessità di questi motori è cresciuta alla fine del XX secolo con la crescente domanda di miniaturizzazione. I motori elettrici standard hanno un limite pratico di dimensioni minime, al di sotto del quale non possono funzionare in modo affidabile. Un motore piezoelettrico può essere realizzato in scala miniaturizzata, fornisce movimenti precisi con incrementi molto piccoli e consuma pochissima energia durante il funzionamento o a riposo.
Ci sono pochissime parti in un motore piezoelettrico. Un oscillatore ad alta frequenza fornisce una frequenza che eccita il materiale piezoelettrico. Questo materiale cambierà forma in base alle sue proprietà cristalline. Il movimento risultante provoca il contatto del materiale con una slitta o un rullo.
Lo scivolo o il rullo è rivestito con una gomma o polimero morbido, chiamato cappotto di attrito, che consente al materiale piezoelettrico di afferrarlo e spostarlo. Ogni volta che l'oscillatore crea un impulso di frequenza, il materiale viene eccitato e si muove. Ciò provoca il movimento della slitta o del rullo.
Un motore piezoelettrico sfrutta questo effetto attivando e disattivando rapidamente la frequenza di oscillazione. Ogni impulso crea un movimento piccolo ma ben definito del materiale piezoelettrico, mentre i rapidi cicli di frequenza creano un movimento continuo. Le diapositive possono sostituire i rotori per un movimento avanti e indietro che può fungere da interruttore.
Il più grande vantaggio di questi motori è stata la miniaturizzazione. Ci sono anche altri vantaggi, tra cui requisiti di bassa potenza e poca necessità di manutenzione. Un motore piezoelettrico è anche relativamente non influenzato da interferenze magnetiche ed elettriche, poiché la struttura del cristallo richiede frequenze specifiche per creare movimento.
Cristalli naturali tra cui quarzo e tormalina possono fornire proprietà piezoelettriche. Le ceramiche a base di titanio e altri minerali sono comunemente usate. Alcuni polimeri basati sulla tecnologia fluoropolimerica possono presentare anche proprietà piezoelettriche.
Un motore elettrico standard può fornire alta velocità con una coppia bassa, la forza di torsione che provoca la rotazione. I motori piezoelettrici, invece, funzionano a velocità inferiori ma hanno una coppia elevata per le loro dimensioni. Inoltre, possono fornire movimenti molto precisi non possibili con i motori elettrici. La capacità di miniaturizzare su scala nanometrica o microscopica consente di utilizzarli in un'ampia varietà di applicazioni mediche, industriali e di consumo.