Che cos'è l'ingegneria meccatronica?
L'ingegneria meccatronica è una disciplina ibrida che comprende aspetti meccanici, elettronici e di controllo. È la disciplina utilizzata per progettare e produrre dispositivi in grado di rispondere ai loro ambienti in tempo reale. Il feedback fornito dai sensori elettrici è gestito da un computer centrale che emette comandi per eseguire azioni. Questi comandi regolano la risposta del dispositivo, che a sua volta lo lascia in una nuova situazione. L'ingegneria meccatronica è utile per progettare molti sistemi che non si basano interamente sul funzionamento umano.
Il primo aspetto dell'ingegneria meccatronica è l'aspetto meccanico. L'ingegneria meccanica si occupa della progettazione di strutture fisiche in una macchina. L'ingegneria meccanica alla base è la scienza della meccanica, che è una branca della fisica che affronta le forze su larga scala e la materia in movimento. Un altro campo che contribuisce è la scienza dei materiali, che può fornire agli ingegneri una suite di materiali da utilizzare nella progettazione dei prodotti. In un'auto, l'aspetto meccanico comprenderebbe, ad esempio, la carrozzeria, il telaio e il motore.
Un altro componente necessario dell'ingegneria meccatronica è l'aspetto elettronico. L'ingegneria elettronica si occupa della progettazione di dispositivi pratici che utilizzano il movimento di particelle cariche elettricamente per operare. Questo flusso di elettricità può essere utilizzato per trasportare sia energia che informazioni. L'energia elettrica può essere utilizzata per alimentare un dispositivo meccatronico attraverso un motore elettrico. Le informazioni prodotte dai sensori possono essere gestite da un sistema di controllo centrale.
L'elemento finale richiesto nell'ingegneria meccatronica è una qualche forma di controllo. La teoria del controllo riguarda il mantenimento di uno stato ottimale in un sistema dinamico. Funziona ottenendo feedback sul suo stato corrente in un ambiente, prendendo una decisione e quindi inviando comandi per agire. Quando un oggetto è più lontano dal suo stato ottimale, può rispondere più fortemente per raggiungere quello stato. In un dispositivo meccatronico, il controllo è in genere gestito da un microprocessore, un singolo circuito integrato con una capacità di elaborazione centrale.
I dispositivi meccatronici sono molto diffusi in molte società. Un'auto, ad esempio, combina sistemi meccanici con sistemi elettrici e un computer centrale. Molti sensori elettrici rilevano informazioni sullo stato dell'auto, come velocità, livello del carburante e temperatura del motore. Questi segnali vengono trasportati tramite percorsi elettrici al computer dell'auto, il che prende decisioni su come rispondere. Se il carburante è troppo basso o il motore è troppo caldo, il computer potrebbe emettere un comando per visualizzare un messaggio di avvertimento per l'operatore.
In un'auto, il compito di prendere decisioni è condiviso da un computer e un operatore. Molti dispositivi meccatronici, d'altra parte, non sono gestiti in tempo reale dall'uomo. I veicoli spaziali spesso devono utilizzare i computer di bordo per prendere decisioni in tempo reale perché c'è un ritardo di comunicazione tra il veicolo spaziale e la Terra. Mars Exploration Rovers ha avuto un ritardo di comunicazione di alcuni minuti e, quindi, ha utilizzato un computer centrale per prendere molte decisioni di navigazione. Senza questa capacità, i rover potrebbero essere caduti da una sporgenza o rimanere bloccati da un oggetto nel momento in cui gli operatori sulla Terra hanno notato le minacce.