O que é engenharia mecatrônica?
A engenharia mecatrônica é uma disciplina híbrida que consiste em aspectos mecânicos, eletrônicos e de controle. É a disciplina usada para projetar e fabricar dispositivos que podem responder a seus ambientes em tempo real. O feedback fornecido pelos sensores elétricos é gerenciado por um computador central que emite comandos para executar ações. Esses comandos governam a resposta do dispositivo, que por sua vez o deixa em uma nova situação. A engenharia mecatrônica é útil para projetar muitos sistemas que não dependem inteiramente da operação humana.
O primeiro aspecto da engenharia mecatrônica é o aspecto mecânico. A engenharia mecânica preocupa-se com o design de estruturas físicas em uma máquina. A engenharia mecânica subjacente é a ciência da mecânica, que é um ramo da física que trata de forças e matéria de grande escala em movimento. Outro campo de contribuição é a ciência dos materiais, que pode fornecer aos engenheiros um conjunto de materiais para usar no design de produtos. Em um carro, o aspecto mecânico incluiria o corpo, chassi e motor, por exemplo.
Outro componente necessário da engenharia mecatrônica é o aspecto eletrônico. A engenharia eletrônica preocupa-se em projetar dispositivos práticos que usam o movimento de partículas eletricamente carregadas para operar. Esse fluxo de eletricidade pode ser usado para transportar energia e informação. A energia elétrica pode ser usada para alimentar um dispositivo mecatrônico através de um motor elétrico. As informações produzidas pelos sensores podem ser gerenciadas por um sistema de controle central.
O elemento final necessário na engenharia mecatrônica é alguma forma de controle. A teoria do controle preocupa-se em manter algum estado ótimo em um sistema dinâmico. Ele funciona obtendo feedback sobre seu estado atual em um ambiente, tomando uma decisão e depois emitindo comandos para executar alguma ação. Quando um objeto está mais longe de seu estado ideal, ele pode responder mais fortemente para atingir esse estado. Em um dispositivo mecatrônico, o controle é tipicamente gerenciado por um microprocessador - um único circuito integrado com capacidade de processamento central.
Os dispositivos mecatrônicos são comuns em muitas sociedades. Um carro, por exemplo, combina sistemas mecânicos com sistemas elétricos e um computador central. Muitos sensores elétricos detectam informações sobre o estado do carro, como velocidade, nível de combustível e temperatura do motor. Esses sinais são transportados por vias elétricas para o computador do carro, que toma decisões sobre como responder. Se o combustível estiver muito baixo ou o motor estiver muito quente, o computador poderá emitir um comando para exibir uma mensagem de aviso ao operador.
Em um carro, a tarefa de tomar decisões é compartilhada por um computador e um operador. Muitos dispositivos mecatrônicos, por outro lado, não são operados em tempo real por seres humanos. As naves espaciais geralmente precisam usar computadores de bordo para tomar decisões em tempo real, porque há um atraso na comunicação entre a espaçonave e a Terra. O Mars Exploration Rovers teve um atraso de comunicação de vários minutos e, portanto, usou um computador central para tomar muitas decisões rápidas de navegação. Sem essa capacidade, os rovers poderiam ter caído de uma borda ou ficar presos a um objeto no momento em que os operadores na Terra notassem as ameaças.