Wat is mechatronica engineering?

Mechatronica engineering is een hybride discipline die bestaat uit mechanische, elektronische en besturingsaspecten. Het is de discipline die wordt gebruikt om apparaten te ontwerpen en te produceren die in realtime op hun omgeving kunnen reageren. Feedback van elektrische sensoren wordt beheerd door een centrale computer die opdrachten geeft om acties uit te voeren. Deze opdrachten bepalen de reactie van het apparaat, waardoor het op zijn beurt in een nieuwe situatie achterblijft. Mechatronica engineering is nuttig voor het ontwerpen van veel systemen die niet volledig afhankelijk zijn van menselijke bediening.

Het eerste aspect van mechatronica-engineering is het mechanische aspect. Werktuigbouwkunde houdt zich bezig met het ontwerp van fysieke structuren in een machine. Onderliggende werktuigbouwkunde is de wetenschap van de mechanica, een tak van de fysica die grootschalige krachten en bewegende materie aanpakt. Een ander bijdragend vakgebied is materiaalkunde, waardoor ingenieurs een reeks materialen kunnen gebruiken om producten te ontwerpen. In een auto zou het mechanische aspect bijvoorbeeld de carrosserie, het chassis en de motor omvatten.

Een ander noodzakelijk onderdeel van mechatronica-engineering is het elektronische aspect. Elektronische engineering houdt zich bezig met het ontwerpen van praktische apparaten die de beweging van elektrisch geladen deeltjes gebruiken om te werken. Deze stroom van elektriciteit kan worden gebruikt om zowel energie als informatie te transporteren. Elektrische energie kan worden gebruikt om een ​​mechatronisch apparaat van stroom te voorzien via een elektromotor. Informatie geproduceerd door sensoren kan worden beheerd door een centraal besturingssysteem.

Het laatste element dat vereist is in mechatronica-engineering is een vorm van controle. Besturingstheorie houdt zich bezig met het handhaven van een optimale staat in een dynamisch systeem. Het werkt door feedback te krijgen over de huidige status in een omgeving, een beslissing te nemen en vervolgens opdrachten te geven om actie te ondernemen. Wanneer een object verder van zijn optimale staat is, kan het sterker reageren om die staat te bereiken. In een mechatronisch apparaat wordt de besturing meestal beheerd door een microprocessor - een enkel geïntegreerd circuit met een centrale verwerkingscapaciteit.

Mechatronische apparaten zijn wijdverbreid in veel samenlevingen. Een auto combineert bijvoorbeeld mechanische systemen met elektrische systemen en een centrale computer. Veel elektrische sensoren detecteren informatie over de toestand van de auto, zoals snelheid, brandstofniveau en motortemperatuur. Deze signalen worden via elektrische paden getransporteerd naar de computer van de auto, die beslissingen neemt over hoe te reageren. Als de brandstof te laag is of de motor te heet, kan de computer een opdracht geven om een ​​waarschuwingsbericht weer te geven aan de bestuurder.

In een auto wordt de taak om beslissingen te nemen gedeeld door een computer en een operator. Veel mechatronica-apparaten daarentegen worden niet in realtime door mensen bediend. Ruimtevaartuigen moeten vaak boordcomputers gebruiken om in realtime beslissingen te nemen, omdat er een communicatievertraging is tussen het ruimtevaartuig en de aarde. De Mars Exploration Rovers hadden een communicatievertraging van enkele minuten en gebruikten daarom een ​​centrale computer om veel snelle navigatiebeslissingen te nemen. Zonder deze mogelijkheid zouden de rovers van een richel gevallen kunnen zijn of door een object vast komen te zitten toen operators op aarde de bedreigingen opmerkten.