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Die Robotik hat sich in den letzten Jahrzehnten sprunghaft entwickelt, und für viele Herausforderungen der mittelgroßen bis großen Robotik wurden geeignete Lösungen gefunden. Im Mesomaßstab, d. h. in der Größenordnung von Millimetern bis Zentimetern, wurden jedoch nur wenige dieser Herausforderungen in Angriff genommen, darunter vor allem die Herstellung und der Antrieb. Aufgrund der günstigen Skalierungseigenschaften ist die piezoelektrische Betätigung bei kleinen Maßstäben besser geeignet als die elektromagnetische Betätigung. Piezoelektrische Materialien bieten einen Antrieb, da sie eine Dehnung erzeugen, wenn eine Spannung an sie angelegt wird. Sie erzeugen auch eine Spannung, wenn sie gedehnt werden, was ihnen die Fähigkeit verleiht, als Sensoren oder Aktoren oder als beides gleichzeitig zu arbeiten. Aufgrund ihrer geringen Gesamtverschiebung, der großen Bandbreite und der fehlenden Reibung können sie schnelle und präzise Bewegungen erzeugen.

Das übergeordnete Ziel ist die Optimierung einer neuen Klasse von piezoelektrischen Motoren, die auf einer Reihe von unimorphen Armen (ein piezoelektrisches Material, das mit einem Substrat verbunden ist) basieren. Der kanadische Partner, Assistenzprofessor Dr. Ryan Orszulik, hat kürzlich eine Reihe von Prototypen eines piezoelektrischen Motors entworfen und hergestellt, der einen planaren Rotordurchmesser von 9 mm, einen Stator-Durchmesser von 8 mm und eine integrierte Gesamtdicke des Motors von 0,8 mm aufweist, etwa 200 Milligramm wiegt und in der Lage ist, bidirektionale Bewegungen mit relativ niedrigen Drehzahlen, aber hohem Drehmoment zu erzeugen. Allerdings gibt es noch eine Reihe von Herausforderungen, von denen die wichtigste die Optimierung der Drehmomentdichte des Motors ist. Zu diesem Zweck wird eine numerische Optimierung eingesetzt, die die Massen- und Volumenbeschränkungen berücksichtigt, um wesentlich höhere Drehmomente zu erreichen, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen. Diese multikriterielle Optimierung ist eine sehr anspruchsvolle Aufgabe, vor allem auf so kleinen Skalen. Für Roboteranwendungen im Mesomaßstab ist das Drehmoment von größtem Interesse, da es die Notwendigkeit eines Getriebes mindert, das in diesen kleinen Maßstäben sehr schwierig herzustellen und zu integrieren ist. Der piezoelektrische Motor auf unimorpher Basis, der im Mittelpunkt dieses Projekts steht, ist einfacher zu konstruieren, da er auf nicht standardisierten planaren Fertigungstechniken beruht und nur eine einzige Antriebsquelle mit einer niedrigeren Frequenz benötigt, um ein hohes Drehmoment zu erzeugen. Ziel dieses Forschungsprogramms ist es, neue Fertigungstechniken zu nutzen, um diese piezoelektrischen Motoren zu entwickeln und zu miniaturisieren, sie zu testen und mittels analytischer und Finite-Elemente-Techniken zu optimieren. Durch den Einsatz der entwickelten Konstruktions-, Modellierungs- und Fertigungstechniken wird eine Reihe von Anwendungen angestrebt, darunter autonome Miniaturfahrzeuge und chirurgische Instrumente. Die vielversprechendste mögliche Anwendung, die weitere Möglichkeiten für eine Zusammenarbeit mit dem Satellitendesignlabor der Universität York eröffnen würde, ist die Verwendung dieser Motoren als Aktuatoren für einzelne Kardansteuerungsmoment-Gyroskope in Satelliten der Pico- bis Femto-Klasse.