Un motore piezoelettrico è un dispositivo che crea movimento quando un campo elettrico crea movimento in determinati cristalli o materiali artificiali. La piezoelettricità fu dimostrata per la prima volta nel 1880, quando si scoprì che i cristalli di quarzo creavano correnti elettriche quando sollecitati colpendoli o comprimendoli. Questo effetto è l’opposto di quello che alimenta un motore piezoelettrico, dove l’elettricità viene utilizzata per creare movimento da un materiale sensibile al campo elettrico.
La necessità di questi motori è cresciuta alla fine del XX secolo con l’aumento della domanda di miniaturizzazione. I motori elettrici standard hanno un limite pratico di dimensioni minime, al di sotto del quale non possono funzionare in modo affidabile. Un motore piezoelettrico può essere realizzato in miniatura, fornisce un movimento preciso con incrementi molto piccoli e utilizza pochissima energia durante il funzionamento oa riposo.
Ci sono pochissime parti in un motore piezoelettrico. Un oscillatore ad alta frequenza fornisce una frequenza che eccita il materiale piezoelettrico. Questo materiale cambierà forma in base alle sue proprietà cristalline. Il movimento risultante fa sì che il materiale venga a contatto con una slitta o un rullo.
Il carrello o rullo è rivestito con una gomma morbida o un polimero, chiamato rivestimento di attrito, che consente al materiale piezoelettrico di afferrarlo e spostarlo. Ogni volta che l’oscillatore crea un impulso di frequenza il materiale viene eccitato e si muove. Ciò provoca il movimento della slitta o del rullo.
Un motore piezoelettrico sfrutta questo effetto attivando e disattivando rapidamente la frequenza di oscillazione. Ogni impulso crea un movimento piccolo ma ben definito del materiale piezoelettrico e i rapidi cicli di frequenza creano un movimento continuo. Le diapositive possono sostituire i rotori per un movimento avanti e indietro che può fungere da interruttore.
Il più grande vantaggio di questi motori è stata la miniaturizzazione. Ci sono anche altri vantaggi, inclusi bassi requisiti di alimentazione e poca necessità di manutenzione. Un motore piezoelettrico è anche relativamente insensibile alle interferenze magnetiche ed elettriche, poiché la struttura cristallina richiede frequenze specifiche per creare movimento.
I cristalli naturali tra cui quarzo e tormalina possono fornire proprietà piezoelettriche. Le ceramiche a base di titanio e altri minerali sono comunemente usate. Alcuni polimeri basati sulla tecnologia dei fluoropolimeri possono esibire anche proprietà piezoelettriche.
Un motore elettrico standard può fornire un’alta velocità con una coppia bassa, la forza di torsione che provoca la rotazione. I motori piezoelettrici, d’altra parte, funzionano a velocità inferiori ma hanno una coppia elevata per le loro dimensioni. Inoltre, possono fornire movimenti molto precisi non possibili con i motori elettrici. La capacità di miniaturizzare su scala nanometrica, o dimensione microscopica, consente loro di essere utilizzati in un’ampia varietà di applicazioni mediche, industriali e di consumo.