المحركات الانضغاطية، مشغلات الملف الصوتي، المراحل الحركية الخطية.

عندما نتحدث عن الحركة الخطية، فإننا نناقش عادةً التطبيقات التي تكون فيها مسافة السفر على الأقل بضع مئات من المليمترات، ويكون الموضع المطلوب في نطاق بضعة أعشار المليمتر. ولهذه المتطلبات، تعد الأدلة ومحركات الأقراص ذات المحامل المعاد تدويرها مناسبة تمامًا. مثال على ذلك: انحراف الرصاص للمسمار الكروي من الفئة 5 هو 26 ميكرون لكل 300 ملم من السفر. ولكن عندما يتطلب التطبيق تحديد موضع في نطاق النانومتر - واحد على مليار من المتر - يتعين على المهندسين أن ينظروا إلى ما هو أبعد من العناصر الميكانيكية وإعادة تدويرها من أجل تحقيق الدقة المطلوبة.

حلول الحركة الخطية الثلاثة الأكثر شيوعًا لتحديد المواقع النانوية هي المحركات الانضغاطية، ومحركات الملف الصوتي، ومراحل المحرك الخطي. آلية القيادة في كل من هذه الحلول خالية تمامًا من عناصر التدحرج أو الانزلاق الميكانيكية، ويمكن إقرانها بمحامل هوائية للحصول على دقة ودقة عالية في تحديد المواقع.

مشغلات بيزو

تستفيد المحركات الانضغاطية (التي يشار إليها أيضًا باسم المحركات الانضغاطية) من التأثير الكهرضغطي العكسي لإنتاج الحركة والقوة. هناك العديد من أنماط المحركات الانضغاطية، ولكن هناك نوعان شائعان لتحديد المواقع النانوية هما السائر الخطي والموجات فوق الصوتية الخطية. تستخدم المحركات الانضغاطية الخطية العديد من العناصر الانضغاطية المثبتة في صف واحد والتي تعمل كأزواج من "الأرجل". عند تطبيق شحنة كهربائية، يمسك زوج واحد من الأرجل بقضيب طولي عن طريق الاحتكاك ويحركه للأمام مع تمدد الأرجل وثنيها. عندما يتم تحرير هذا الزوج من الأرجل، يتولى الزوج التالي المسؤولية. من خلال التشغيل بترددات عالية للغاية، تنتج المحركات الانضغاطية الخطية حركة خطية مستمرة بضربات تصل إلى 150 مم وبدقة على مستوى البيكومتر.

تعتمد المحركات الانضغاطية الخطية بالموجات فوق الصوتية على لوحة كهرضغطية. عندما يتم تطبيق شحنة كهربائية على اللوحة، فإنها تصبح متحمسة عند تردد الرنين، مما يؤدي إلى تذبذبها. تنتج هذه التذبذبات موجات فوق صوتية في اللوحة. يتم توصيل أداة التوصيل (أو أداة الدفع) باللوحة ويتم تحميلها مسبقًا على قضيب طولي (يُسمى أيضًا العداء). تتسبب الموجات فوق الصوتية في تمدد اللوحة وتقلصها بطريقة بيضاوية، مما يمكّن أداة التوصيل من دفع القضيب للأمام وإنتاج حركة خطية. يمكن للمحركات الانضغاطية الخطية بالموجات فوق الصوتية تحقيق دقة تتراوح من 50 إلى 80 نانومتر، مع أقصى قدر من الحركة مشابه لمحركات السائر الخطية، عند 100 إلى 150 ملم.

مشغلات الملف الصوتي

الحل الآخر لتطبيقات تحديد المواقع النانوية هو مشغلات الملف الصوتي. على غرار المحركات الخطية، تستخدم مشغلات الملف الصوتي مجالًا مغناطيسيًا دائمًا ولفًا للملف. عند تطبيق تيار على الملف، تتولد قوة (تعرف باسم قوة لورنتز). يتم تحديد حجم القوة من خلال منتج التيار والتدفق المغناطيسي.

تتسبب هذه القوة في تحرك الجزء المتحرك (الذي يمكن أن يكون إما مغناطيسًا أو ملفًا)، مع التوجيه المقدم إما عن طريق محامل الهواء أو الشرائح الأسطوانية المتقاطعة. يمكن لمحركات الملفات الصوتية تحقيق دقة تصل إلى 10 نانومتر، مع ضربات تصل عادةً إلى 30 مم، على الرغم من أن بعضها متوفر بضربات تصل إلى 100 مم.

المراحل الحركية الخطية

عندما تكون دقة النانومتر مطلوبة خلال ضربات أطول، تكون المراحل الحركية الخطية ذات المحامل الهوائية هي الخيار الأفضل عادةً. في حين أن المحركات الانضغاطية والملفات الصوتية تتمتع بقدرات حركة محدودة، إلا أنه يمكن تصميم المحركات الخطية للتنقل حتى عدة أمتار. إن استخدام محامل الهواء كنظام توجيه يجعل مرحلة المحرك الخطي غير متصلة تمامًا، مع عدم وجود عناصر نقل ميكانيكية أو احتكاك يؤثر على الحركة ودقة تحديد المواقع. في الواقع، يمكن للمراحل الحركية الخطية ذات المحامل الهوائية أن تحقق دقة نانومترية واحدة.

الجانب السلبي لمراحل المحرك الخطي لتطبيقات تحديد المواقع النانوية هو بصمتها، والتي هي أكبر بكثير من تلك الخاصة بالمشغلات الضغطية أو الملفات الصوتية. على الرغم من أنه قد يكون من الصعب دمجها في الأجهزة الصغيرة، إلا أنها مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تتطلب سكتة دماغية طويلة نسبيًا ودقة عالية، مثل التصوير الطبي.