Der piezoelektrische Aktor ist eine Form eines elektromechanischen Mikrosteuerungssystems. Es beruht bei einigen Kristallen auf dem piezoelektrischen Effekt, so dass beim Anlegen eines elektrischen Felds an den Kristall mechanische Spannungen in seinem Strukturgitter erzeugt werden, die in Bewegungen im Mikrometer- oder Nanometerbereich umgesetzt werden können. Die Arten von Aktoren können von schweren Industriesystemen, die mit pneumatischer oder hydraulischer Kraft angetrieben werden, bis hin zu kleinen piezoelektrischen Aktoren reichen, die einen sehr begrenzten, aber genau gesteuerten Bewegungsbereich haben. Ein typischer piezoelektrischer Aktuator erzeugt eine Längsbewegung, wenn eine elektrische Kraft auf die Einheit einer Welle oder einer anderen mechanischen Verbindung mit einem Verschiebungsbereich von etwa 4 bis 17 Mikrometer (0.0002 bis 0.0007 Zoll) ausgeübt wird. Diese Art von Aktuatorsystem wird oft in Dehnungsmessstreifen, auch Dehnungsmesser genannt, eingebaut, die verwendet werden, um sehr feine Kontraktionen und Dehnungen in Materialien und Oberflächen zu messen.
Es gibt drei allgemeine Arten von piezoelektrischen Aktuator-Designs oder Bewegungsschemata, die den einzigartigen Bereich von piezoelektrischen Aktuator-Teilen bestimmen, die die mechanische Bewegung des Geräts ausmachen. Dies sind zylindrische, bimorphe und unimorphe oder mehrschichtige Aktoren, und jeder hat auch eine Modenbezeichnung, die von der Art des piezoelektrischen Koeffizienten für die induzierte mechanische Belastung abhängt. Ein mehrschichtiger 33-Mode-Aktuator ist dazu ausgelegt, eine Bewegung entlang des Pfades des angelegten elektrischen Felds zu erzeugen, während ein zylindrischer 31-Mode-Aktor eine Bewegung senkrecht zur elektrischen Kraft zeigt. Ein 15-Mode-Aktuator nutzt Scherspannungen im Kristall für diagonale Kräfte, aber sie sind nicht so verbreitet wie andere Arten von piezoelektrischen Aktoren, da Scherspannungen eine komplexere Kristallreaktion sind, die schwer zu kontrollieren ist und für die Systeme hergestellt werden können.
Der Zweck, für den ein piezoelektrischer Aktor verwendet wird, basiert normalerweise auf der Tatsache, dass er in einem Bruchteil einer Sekunde auf eine elektrische Kraft mechanisch reagieren kann und in seinem Betrieb keine signifikanten elektromagnetischen Störungen erzeugt. Dies umfasst die allgemeine Verwendung der Komponenten in abstimmbaren Lasern und verschiedenen adaptiven optischen Sensoren sowie die Mikrosteuerung von Ventilen, bei denen die Kraftstoffdurchflussmenge für die erzeugte Schubmenge entscheidend ist, wie z. B. in Kraftstoffeinspritzsystemen und Avioniksteuerungen. Der piezoelektrische Aktor hat auch viele Anwendungen im Bereich der Medizin, wo er in Mikropumpen für Verfahren wie Dialyse und automatisierte Medikamentenspender oder Tröpfchenspender eingebaut wird. Auch Forschungsarenen sind auf den Piezoaktor angewiesen, etwa dort, wo er ein wesentlicher Bestandteil des Rasterkraftmikroskops (AFM) im Bereich der Nanotechnologie ist.
Andere fortgeschrittene Forschungsgebiete, die den piezoelektrischen Aktor verwenden, umfassen die Präzisionsbearbeitung, Astronomiesteuerungen für Teleskope, die biotechnologische Forschung sowie die Halbleitertechnik und die Herstellung integrierter Schaltungen. Einige dieser Felder erfordern einen piezoelektrischen Aktuator, der Bewegungsbereiche bis hinunter zum Niveau von 2 Mikrometer (0.0001 Zoll) in einem Zeitraum von weniger als 0.001 Sekunden steuern kann. Der piezoelektrische Aktor ist auch für solche Anwendungen ein optimales Gerät, da er mehrere einzigartige Eigenschaften aufweist, darunter einen sehr geringen Stromverbrauch, er erzeugt keine Magnetfelder und kann bei kryogenen Temperaturen betrieben werden. Das wahrscheinlich größte nützliche Merkmal des Geräts ist jedoch, dass es sich um ein Festkörpergerät handelt, das keine Zahnräder oder Lager benötigt, sodass es bis zu milliardenfach wiederholt betrieben werden kann, ohne Anzeichen von Leistungseinbußen zu zeigen.