Какова история развития ультразвуковых двигателей и какие принципы лежат в их основе?

История развития ультразвуковых двигателей началась в середине 20 века. Одним из первых значимых вех в их создании было открытие явления, известного как «акустическая кавитация» в 1927 году. Это явление заключается в образовании и коллапсе мельчайших пузырьков в жидкости или газе под воздействием ультразвуковых волн.

В 1950-х годах исследователи начали экспериментировать с использованием ультразвуковых волн для привода механизмов. Принцип работы ультразвуковых двигателей основан на использовании пьезоэлектрического эффекта. Пьезоэлектрический материал, такой как кварц или пьезокерамика, изменяет свою форму при воздействии на него электрического поля. Это явление называется «пьезоэлектрическим эффектом».

Ультразвуковой двигатель состоит из пьезоэлектрического элемента, обычно в форме диска или пластины, который при подаче электрического напряжения начинает вибрировать с очень высокой частотой. Эти вибрации затем передаются через специальный резонатор или волновод к механической нагрузке, которую нужно привести в движение.

Преимущества ультразвуковых двигателей включают высокую точность позиционирования, малые габариты и быстрый отклик на изменение управляющего сигнала. Они также обладают высокой энергоэффективностью и могут работать без использования масла или смазки. Ультразвуковые двигатели также характеризуются плавным ходом, низким уровнем шума и отсутствием электромагнитных помех.

Однако ультразвуковые двигатели имеют и некоторые ограничения, такие как ограниченная мощность и низкая механическая выдержка. Также их применение ограничено некоторыми специфическими сферами, такими как оптическая и медицинская техника, микроэлектроника и другие области, где требуется высокая точность и чувствительность.