El actuador piezoeléctrico es una forma de sistema electromecánico de microcontrol. Se basa en el efecto piezoeléctrico de algunos cristales, de modo que cuando se aplica un campo eléctrico al cristal, crea una tensión mecánica en su red estructural que puede traducirse en movimiento a una escala micrométrica o nanométrica. Los tipos de actuadores pueden variar desde sistemas industriales pesados que funcionan con fuerza neumática o hidráulica hasta pequeños actuadores piezoeléctricos, que tienen un rango de movimiento muy limitado pero controlado con precisión. Un actuador piezoeléctrico típico generará un movimiento longitudinal cuando se aplica fuerza eléctrica a la unidad de un eje u otro enlace mecánico con un rango de desplazamiento de alrededor de 4 a 17 micrones (0.0002 a 0.0007 pulgadas). Este tipo de sistema de actuador a menudo se incorpora en un medidor de tensión también conocido como extensómetro, que se usa para medir niveles muy finos de contracción y expansión en materiales y superficies.
Hay tres tipos generales de diseños de actuadores piezoeléctricos o esquemas de movimiento que determinan la gama única de piezas de actuadores piezoeléctricos que componen el movimiento mecánico del dispositivo. Estos son actuadores cilíndricos, bimorfos y unimorfos, o multicapa, y cada uno también tiene una designación de modo que depende del tipo de coeficiente piezoeléctrico para la tensión mecánica inducida. Un actuador multicapa de 33 modos está diseñado para generar movimiento a lo largo de la trayectoria del campo eléctrico aplicado, mientras que un actuador cilíndrico de 31 modos exhibe un movimiento perpendicular a la fuerza eléctrica. Un actuador de 15 modos utiliza la deformación por cizallamiento en el cristal para la fuerza diagonal, pero no son tan comunes como otros tipos de actuadores piezoeléctricos, ya que la deformación por cizallamiento es una reacción cristalina más compleja que es difícil de controlar y para la cual fabricar sistemas.
El propósito para el que se utiliza un actuador piezoeléctrico se basa generalmente en el hecho de que puede tener una respuesta mecánica a la fuerza eléctrica en un marco de tiempo de una fracción de segundo, así como no generar interferencias electromagnéticas significativas en su funcionamiento. Esto incluye el uso común de los componentes en láseres sintonizables y varios sensores de óptica adaptativa, así como el control de micro-nivel de válvulas donde el caudal de combustible es crítico para la cantidad de empuje generado, como en los sistemas de inyección de combustible y controles de aviónica. El actuador piezoeléctrico también tiene muchos usos en el campo de la medicina, donde se integra en microbombas para procedimientos como diálisis y dispensadores automáticos de medicamentos o dispensadores de gotas. Los campos de investigación también dependen del actuador piezoeléctrico, como cuando es un componente esencial del microscopio de fuerza atómica (AFM) en el campo de la nanotecnología.
Otros campos de investigación avanzados que utilizan el actuador piezoeléctrico incluyen el mecanizado de precisión, los controles astronómicos para telescopios, la investigación en biotecnología, así como la ingeniería de semiconductores y la fabricación de circuitos integrados. Algunos de estos campos requieren un actuador piezoeléctrico que pueda controlar rangos de movimiento hasta el nivel de 2 micrones (0.0001 pulgadas) en un período de tiempo de menos de 0.001 segundos. El actuador piezoeléctrico también es un dispositivo óptimo para tales aplicaciones porque tiene varias características únicas que incluyen un consumo de energía muy bajo, no genera campos magnéticos y puede operar a temperaturas criogénicas. Probablemente, la característica más útil del dispositivo, sin embargo, es que es un dispositivo de estado sólido que no requiere engranajes ni cojinetes, por lo que se puede operar repetidamente hasta miles de millones de veces sin mostrar evidencia de degradación del rendimiento.