【48812】北京大学在压电MEMS范畴获得重要开展：让一块压电陶瓷完结了两个马达的驱动功用！

  原标题：北京大学在压电MEMS范畴获得重要开展：让一块压电陶瓷完结了两个马达的驱动功用！

  作为机电履行安排，对称驱动常用于履行抓取、剪切，或许某些微通道的快速对称敞开、封闭，以及其它需求发生对称运动、驱动与操控的范畴。比方，人体内的微创手术，包含精细剪切、抓取肿瘤细胞，以及更精细的视网膜显微剪切手术等。在MEMS范畴，剪切或抓取操作本质上能够归结为结尾履行器的两个线性对称驱动与操作。可是，现在基本上没有一种马达能够直接发生两个对称驱动输出，或许两个对称直线运动输出的功用。

  一般，为了发生两个对称的驱动，最简略的办法是运用一对电机协同完结：将两个马达定子串联或并联在一起，一起驱动两个动子做相对运动；别的一种计划是凭借一对反向螺纹副、或许一对反向齿轮副，将一个马达输出轴的旋转运动转化成一对线性对称运动。也有报导，运用一个压电叠堆与杂乱的柔性铰链机械结构组合在一起，完结单向驱动转化成双输出对称驱动。可是前两种计划一般会使结构和驱动电路变得杂乱，不利于器材的小型化和集成化；第三种计划一般只能发生十分有限的输出行程及输出力。因而，怎么使一个马达在不需求额定物理运动安排的前提下就可发生两个对称驱动，以及一起发生两个对称直线运动输出功用，对电机的微型化、精细化，以及驱动功用的提高都具有极端重大含义。

  近来，北京大学董蜀湘教授课题组在压电MEMS范畴别出心裁：创造晰一种压电马达，只需一个压电陶瓷，就可发生两个对称驱动和完结两个对称运动输出功用。而传统上，需求运用两个压电陶瓷（定子）来驱动两个动子和发生对称运动输出。本创造的压电马达，其基本思维是运用一块（2×3）序构压电陶瓷激起一阶纵振荡模态和三阶弯振荡模态，即L1-B3复合振荡模态，如图1所示。这个振荡模态在其两个端部发生方向相反的一对椭圆轨道振荡，进一步经过端部两个驱动头的界面冲突耦合能够直接驱动一对动子（滑块），以相同的速度发生对称的、同步的向内或向外的直线运动。即无需额定的物理运动结构，同步完结驱动两个负载并发生对称的相向或许背向运动，见图2。创造的新的压电马达作业机制，对传统的一个压电定子只能驱动一个动子的作业原理做出了革新性的改动。一起，这种对称驱动机制使压电马达作业效率提高了一倍。

  进一步地，将一副商用微创手术剪刀与该压电马达安装在一起，压电马达能够发生剪切功用，完结对微创手术剪刀的高精细对称操作，其详细结构如图3A所示。此外，发生的剪切效应又使两个驱动端部的输出力提高了若干倍。试验测验发现该马达有如下优势：(i)快的相对运动速度（~ 1 m/s）；(ii)高的步进分辨率（40 nm）；(iii)高的功率密度（405.4 mW/cm3），是已有报导的两倍以上；(iv)高的作业效率（22.1%）；(v)宽的速度调理规模，见图4。

  作为其进一步的验证，运用该样机进行了不同运用场景下的剪切试验，如剪切铜导线、猪肉丝、牛肉片、肠道安排等，如图5所示。故该马达可进一步运用于显微外科机器人中，进行高精细的抓取、剪切等外科手术。相关试验证明了该马达用于精细微创手术的巨大潜力。

  图5 运用对称驱动压电马达操作微创手术剪刀剪切铜线(a)、猪肉丝(b)、牛肉片(c)和肠道安排(d)的图片

  本作业提出的规划思维与战略对未来对称驱动设备的规划，以及对未来微机电的开展也具有启示含义。

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