Controllo esatto del movimento a nanoscala
Gl'interruttori piezoelettrici sono particolarmente indicati per sostituire gli elementi di posizionamento manuali o i sistemi motorizzati. Il controllo relativamente semplice e l'elevata risoluzione di posizionamento li rendono ideali per pilotare microrobot e sistemi di microposizionamento miniaturizzati. Man mano che si riduceva la taglia dei sistemi, si sono resi necessari nuovi concetti per gl'interruttori piezoelettrici, al fine di poterli inserire in contenitori piccoli e ottenere parametri riproducibili. Nel quadro del progetto MICRON, è stata proposta una nuova metodologia che consente d'integrare in modo monolitico vari interruttori in un solo sostrato ceramico piezoelettrico con un semplice patterning dell'elettrodo. L'approccio monolitico offre numerosi vantaggi rispetto agl'interruttori montati singolarmente, oggi comunemente usati nei sistemi a guida inerziale. Non è necessario lavorare o modellare il sostrato piezoceramico; si eliminano così i problemi di assemblaggio e si riducono i costi di produzione. La modellizzazione dell'MPA (Monolithic PiezoActuator) con strumenti analitici e numerici ha permesso di studiarne a fondo la configurazione geometrica. I modelli hanno mostrato che le frequenze di risonanza sono molto alte, permettendo un pilotaggio ad alta velocità e quindi eccellenti dinamiche nei sistemi che integrano questo interruttore. Nel complesso, grazie all'innovativo posizionamento degli elettrodi, l'MPA può controllare movimenti centimetrici con accuratezza nanometrica. L'MPA, sviluppato dall'École Polytechnique Fédérale di Losanna, è un piezointerruttore compatto e di configurazione semplice, che può essere integrato in sistemi più complessi. Le applicazioni possibili sono numerose, soprattutto perché il dispositivo può essere facilmente adattato alle esigenze dei clienti. Oltre che come posizionatori per la microscopia ottica ed elettronica e per la chirurgia microinvasiva, strumenti affidabili per la manipolazione a elevate prestazioni di questo tipo sono richiesti dalla miniaturizzazione dei processi di produzione e dal montaggio industriale di prodotti di microingegneria. Sono state inoltre esaminate tecniche di lavorazione per produrre prototipi sufficientemente affidabili. Sono state usate soprattutto tagliatrici a laser, ma esistono altre possibili soluzioni per futuri sviluppi, ad esempio l'incisione chimica dei pattern degli elettrodi. Il gruppo di ricerca del Laboratoire de systèmes robotiques cerca partner industriali disposti a integrare nei loro prodotti il piezointerruttore monolitico.
