メカトロニクスエンジニアリングとは

メカトロニクスエンジニアリングは、機械的、電子的、および制御の側面で構成されるハイブリッド分野です。 環境にリアルタイムで応答できるデバイスの設計と製造に使用される分野です。 電気センサーによって提供されるフィードバックは、アクションを実行するコマンドを発行する中央コンピューターによって管理されます。 これらのコマンドは、デバイスの応答を制御し、デバイスを新しい状況に置きます。 メカトロニクスエンジニアリングは、人間の操作に完全に依存しない多くのシステムの設計に役立ちます。

メカトロニクス工学の最初の側面は機械的な側面です。 機械工学は、機械の物理的構造の設計に関係しています。 基礎となる機械工学は力学の科学であり、これは大規模な力と運動中の物質に対処する物理学の分野です。 別の貢献分野は材料科学であり、製品設計に使用する材料一式をエンジニアに提供できます。 車の場合、機械的側面は、たとえば、ボディ、シャーシ、エンジンで構成されます。

メカトロニクスエンジニアリングのもう1つの必要なコンポーネントは、電子的な側面です。 電子工学は、帯電した粒子の動きを利用して動作する実用的なデバイスの設計に関係しています。 この電気の流れは、エネルギーと情報の両方の輸送に使用できます。 電気エネルギーは、電気モーターを介してメカトロニクスデバイスに電力を供給するために使用できます。 センサーによって生成された情報は、中央制御システムによって管理できます。

メカトロニクスエンジニアリングに必要な最後の要素は、何らかの制御です。 制御理論は、動的システムで最適な状態を維持することに関するものです。 環境内の現在の状態に関するフィードバックを取得し、決定を下し、コマンドを発行して何らかのアクションを実行することで機能します。 オブジェクトが最適な状態からさらに離れると、その状態に到達するためにより強く応答する場合があります。 メカトロニクスデバイスでは、制御は通常、マイクロプロセッサ（中央処理機能を備えた単一の集積回路）によって管理されます。

メカトロニクスデバイスは多くの社会で広く普及しています。 たとえば、自動車は、機械システムと電気システムおよび中央コンピューターを組み合わせたものです。 多くの電気センサーは、速度、燃料レベル、エンジン温度など、車の状態に関する情報を検出します。 これらの信号は、電気経路によって車のコンピューターに転送され、コンピューターが応答方法を決定します。 燃料が低すぎるか、エンジンが高すぎる場合、コンピューターはオペレーターに警告メッセージを表示するコマンドを発行する場合があります。

車では、意思決定のタスクはコンピューターとオペレーターによって共有されます。 一方、多くのメカトロニクスデバイスは、人間がリアルタイムで操作することはありません。 宇宙船と地球の間には通信遅延があるため、宇宙船はしばしばオンボードコンピューターを使用してリアルタイムで意思決定を行う必要があります。 Mars Exploration Roversには数分の通信遅延があったため、中央コンピューターを使用して多くの迅速なナビゲーション決定を行いました。 この機能がないと、地球上のオペレーターが脅威に気付くまでに、ローバーが棚から落ちたり、オブジェクトに引っかかったりする可能性がありました。