Mechatronik ist eine hybride Disziplin, die aus mechanischen, elektronischen und steuerungstechnischen Aspekten besteht. Es ist die Disziplin, die verwendet wird, um Geräte zu entwickeln und herzustellen, die in Echtzeit auf ihre Umgebung reagieren können. Die von elektrischen Sensoren bereitgestellte Rückmeldung wird von einem zentralen Computer verwaltet, der Befehle ausgibt, um Maßnahmen zu ergreifen. Diese Befehle bestimmen die Reaktion des Geräts, was es wiederum in eine neue Situation bringt. Mechatronik-Engineering ist nützlich, um viele Systeme zu entwerfen, die nicht vollständig auf menschliche Bedienung angewiesen sind.
Der erste Aspekt der Mechatronik ist der mechanische Aspekt. Der Maschinenbau beschäftigt sich mit der Gestaltung physikalischer Strukturen in einer Maschine. Dem Maschinenbau liegt die Wissenschaft der Mechanik zugrunde, ein Zweig der Physik, der sich mit großen Kräften und Materie in Bewegung befasst. Ein weiterer beitragender Bereich ist die Materialwissenschaft, die Ingenieuren eine Reihe von Materialien zur Verwendung bei der Entwicklung von Produkten an die Hand geben kann. Bei einem Auto würde der mechanische Aspekt zum Beispiel Karosserie, Chassis und Motor umfassen.
Ein weiterer notwendiger Bestandteil der Mechatronik ist der elektronische Aspekt. Die Elektrotechnik befasst sich mit der Entwicklung praktischer Geräte, die die Bewegung elektrisch geladener Teilchen nutzen, um zu funktionieren. Dieser Stromfluss kann verwendet werden, um sowohl Energie als auch Informationen zu transportieren. Elektrische Energie kann verwendet werden, um eine mechatronische Vorrichtung durch einen Elektromotor anzutreiben. Von Sensoren erzeugte Informationen können von einem zentralen Kontrollsystem verwaltet werden.
Das letzte erforderliche Element in der Mechatronik ist eine Form der Steuerung. Die Steuerungstheorie befasst sich mit der Aufrechterhaltung eines optimalen Zustands in einem dynamischen System. Es funktioniert, indem es Feedback zu seinem aktuellen Zustand in einer Umgebung einholt, eine Entscheidung trifft und dann Befehle ausgibt, um Maßnahmen zu ergreifen. Wenn ein Objekt weiter von seinem optimalen Zustand entfernt ist, kann es stärker reagieren, um diesen Zustand zu erreichen. In einem mechatronischen Gerät wird die Steuerung typischerweise von einem Mikroprozessor verwaltet – einer einzelnen integrierten Schaltung mit einer zentralen Verarbeitungsfähigkeit.
Mechatronische Geräte sind in vielen Gesellschaften weit verbreitet. Ein Auto beispielsweise kombiniert mechanische Systeme mit elektrischen Systemen und einem zentralen Computer. Viele elektrische Sensoren erfassen Informationen über den Fahrzeugzustand, wie Geschwindigkeit, Kraftstoffstand und Motortemperatur. Diese Signale werden über elektrische Pfade zum Computer des Autos transportiert, der Entscheidungen über die Reaktion trifft. Wenn der Kraftstoffstand zu niedrig ist oder der Motor zu heiß ist, kann der Computer einen Befehl ausgeben, um dem Bediener eine Warnmeldung anzuzeigen.
In einem Auto teilen sich ein Computer und ein Bediener die Aufgabe, Entscheidungen zu treffen. Viele mechatronische Geräte werden dagegen nicht in Echtzeit von Menschen bedient. Raumfahrzeuge müssen häufig Bordcomputer verwenden, um Entscheidungen in Echtzeit zu treffen, da es eine Kommunikationsverzögerung zwischen Raumfahrzeug und Erde gibt. Die Mars Exploration Rovers hatten eine Kommunikationsverzögerung von mehreren Minuten und nutzten daher einen zentralen Computer, um viele schnelle Navigationsentscheidungen zu treffen. Ohne diese Fähigkeit könnten die Rover von einem Felsvorsprung gefallen sein oder an einem Objekt stecken bleiben, als die Operatoren auf der Erde die Bedrohungen bemerkten.