L’ingénierie mécatronique est une discipline hybride qui comprend des aspects mécaniques, électroniques et de contrôle. C’est la discipline utilisée pour concevoir et fabriquer des appareils capables de répondre à leurs environnements en temps réel. La rétroaction fournie par les capteurs électriques est gérée par un ordinateur central qui émet des commandes pour prendre des mesures. Ces commandes régissent la réponse de l’appareil, qui à son tour le laisse dans une nouvelle situation. L’ingénierie mécatronique est utile pour concevoir de nombreux systèmes qui ne reposent pas entièrement sur l’opération humaine.
Le premier aspect de l’ingénierie mécatronique est l’aspect mécanique. Le génie mécanique concerne la conception de structures physiques dans une machine. Le génie mécanique sous-jacent est la science de la mécanique, qui est une branche de la physique qui traite des forces à grande échelle et de la matière en mouvement. Un autre domaine contributif est la science des matériaux, qui peut donner aux ingénieurs une suite de matériaux à utiliser dans la conception de produits. Dans une voiture, l’aspect mécanique comprendrait par exemple la carrosserie, le châssis et le moteur.
Un autre élément nécessaire de l’ingénierie mécatronique est l’aspect électronique. L’ingénierie électronique concerne la conception de dispositifs pratiques qui utilisent le mouvement de particules chargées électriquement pour fonctionner. Ce flux d’électricité peut être utilisé pour transporter à la fois de l’énergie et de l’information. L’énergie électrique peut être utilisée pour alimenter un dispositif mécatronique par l’intermédiaire d’un moteur électrique. Les informations produites par les capteurs peuvent être gérées par un système de contrôle central.
Le dernier élément requis en ingénierie mécatronique est une forme de contrôle. La théorie du contrôle s’intéresse au maintien d’un état optimal dans un système dynamique. Il fonctionne en obtenant des informations sur son état actuel dans un environnement, en prenant une décision, puis en émettant des commandes pour prendre des mesures. Lorsqu’un objet est plus éloigné de son état optimal, il peut réagir plus fortement pour atteindre cet état. Dans un dispositif mécatronique, le contrôle est généralement géré par un microprocesseur, un seul circuit intégré doté d’une capacité de traitement central.
Les dispositifs mécatroniques sont répandus dans de nombreuses sociétés. Une voiture, par exemple, combine des systèmes mécaniques avec des systèmes électriques et un ordinateur central. De nombreux capteurs électriques détectent des informations sur l’état de la voiture, telles que sa vitesse, son niveau de carburant et la température du moteur. Ces signaux sont transportés par des voies électriques jusqu’à l’ordinateur de la voiture, qui prend des décisions sur la façon de réagir. Si le niveau de carburant est trop bas ou si le moteur est trop chaud, l’ordinateur peut émettre une commande pour afficher un message d’avertissement à l’attention de l’opérateur.
Dans une voiture, la tâche de prendre des décisions est partagée par un ordinateur et un opérateur. De nombreux dispositifs mécatroniques, en revanche, ne sont pas actionnés en temps réel par des humains. Les engins spatiaux doivent souvent utiliser des ordinateurs de bord pour prendre des décisions en temps réel car il y a un retard de communication entre l’engin spatial et la Terre. Les Mars Exploration Rovers avaient un retard de communication de plusieurs minutes et, par conséquent, utilisaient un ordinateur central pour prendre de nombreuses décisions de navigation rapides. Sans cette capacité, les rovers auraient pu tomber d’un rebord ou rester coincés par un objet au moment où les opérateurs sur Terre ont remarqué les menaces.