지렁이 모터
Inchworm motor |
인치벌레 모터는 압전식 액츄에이터를 이용해 나노미터 정밀도로 샤프트를 움직이는 장치다.
가장 단순한 형태에서, 인치벌레 모터는 관(1) 내부에 장착되고 순서대로 전기화하여 샤프트(4)를 잡은 다음 선형 방향으로 움직이는 세 개의 피에조 작용기(2와 3, 그림 1. 참조)를 사용한다. 샤프트의 움직임은 측면 피에조(2)가 두 개의 움켜쥐는 피에조(3)를 밀면서 연장되기 때문이다.
작전
인두충 모터의 작동 과정은 초기 이완 및 초기화 단계 이후 6단계 순환 과정이다. 처음에는 세 개의 피에조 모두 이완되고 확장되지 않는다. 지렁이 모터를 초기화하려면 먼저 원하는 운동 방향(그 다음 전방 클러치 피에조가 됨)에 가장 가까운 움켜쥐는 피에조를 전기화한 후 다음과 같이 6단계 주기가 시작된다(그림 2 참조).
1단계. 측면 피에조 연장.
2단계. 뒤쪽 클러치 피에조의 연장.
3단계. 전방 클러치 피에조의 이완
4단계. 측면 피에조의 이완.
5단계. 전방 클러치 피에조의 연장.
6단계. 뒤쪽 클러치 피에조의 이완.
피에조 액추에이터의 전기화는 위에서 설명한 "6단계" 프로세스에 따라 단계별로 액추에이터에 높은 바이어스 전압을 인가하여 이루어진다. 장거리를 이동하려면 6단계의 순서를 빠른 속도로 여러 번 반복한다. 모터가 원하는 최종 위치에 충분히 근접하게 움직이면 모터를 선택적으로 미세한 위치설정 모드로 전환할 수 있다. 이 모드에서 클러치는 일정한 전압(하나의 고전압과 다른 하나의 저전압)을 수신하고, 수평 피에조 전압을 연속 피드백 제어 하에서 중간 값으로 조정하여 원하는 최종 위치를 얻는다.
이 압전 모터의 비동력 동작은 두 가지 옵션 중 하나이다: 보통 잠김 또는 보통 자유. 일반적으로 자유형은 전원이 공급되지 않을 때 자유로운 이동을 허용하지만 전압을 인가하여 잠글 수 있다.
사용하다
스캐닝 터널링 현미경
인조벌레 모터는 일반적으로 터널링 현미경(STM)을 스캔하는 데 사용된다. STM은 관측 중인 물질 근처에 있는 스캔 팁의 나노미터 눈금 제어를 필요로 한다. 이 제어는 스캔 팁을 인치 웜 모터의 샤프트에 연결함으로써 이루어질 수 있다. 인두충 모터는 관찰된 물질의 표면과 정상적인 방향으로 조절할 수 있다. 표면을 가로지르는 이동을 x-y 평면에서 일반적으로 이동이라고 하는 반면, 표면에 정상적인 이동을 z-방향에서 이동이라고 한다. 인치 웜 모터에 의한 스캔 팁의 이동은 수동으로 제어되거나 피드백 시스템에 모터를 연결하여 자동으로 제어된다.
패치 클램핑
인두충 모터는 생물학적 세포의 패치 클램핑에 사용될 수 있다. 이 기법은 광학 현미경과 유리 피펫을 들고 있는 마이크로모니프레이터로 수행되는 경우가 가장 많다. 지렁이 모터는 이동 없이 작동자에게 사실상 즉각적이고 정밀하며 매끄럽고 예측 가능한 움직임을 제공하기 때문에 패치 클램핑에 특히 이상적이다.
