随着人们对精度、速度和效率要求越来越高，微型机电系统（MEMS）作为一种新兴技术得到越来越广泛的应用。作为其中的重要组成部分之一，微型致动器在实现微小机械运动和精确力量控制方面起到了关键作用。本文将从微型致动器的基本概念、分类、工作原理等方面综述其技术特点，以及在微电子学、精密仪器、机器人等领域相关的应用。
一、 微型致动器及其基本概念与分类
微型致动器是指一种控制运动和力的小型执行装置。由于其体积小、重量轻，可实现的运动范围和精确度高，已成为MEMS中非常重要的研究方向。根据不同的应用和驱动机制，微型致动器可分为压电、电磁、电液、电气化学和形状记忆合金等多种类型。其中，压电致动器是应用最为广泛的一种，特别是在光电、机器人、精密仪器和生物技术等领域。
压电致动器是由压电材料构成的传感器和执行器，能将外部电信号转化为机械运动的形变。常见的压电材料有PZT（铅锆钛酸钡）、PSN（铸钢碱酸铌）和PMN（铸钢碱酸钛铌）等。在应用中，压电致动器能够实现微小的振动控制、精度定位和细胞刺激等多种功能。此外还有形状记忆合金致动器，这种致动器可以在作用温度范围内记忆并恢复所需形状。
二、 微型致动器的工作原理
微型致动器是通过将外部的电或磁场信号转化为机械运动达到控制机械的目的。以压电致动器为例，其工作原理是电场所引起氧化铅锆钛酸钡晶片的体积变化，从而导致晶片产生弯曲，并间接地通过机构进行工作。当电场消失时，晶片就会恢复到初始状态。电磁致动器的工作原理则是利用电磁力使得线圈在磁场中运动，达到推动机械的目的。
三、 微型致动器的技术特点
1. 小型化：微型致动器是无源器件，其单个单元体积通常在数毫米到分米以内，普遍具有小型、轻量且低功耗等特点。
2. 精准度高：不同类型的微型致动器有着不同的工作精度和灵敏度，一些压电致动器可达到纳米级别的精度，甚至在微小夹持、抱紧和旋转等细微动作上表现出色。
3. 响应速度快：微型致动器的响应速度快、时常短，通常可以达到毫秒级别，甚至可达到微秒级别。
4. 可靠性高：微型致动器组成单元简单，构造紧凑，易于集成；并且制作工艺成熟，一般不会因机械摩擦等因素导致故障。
四、 微型致动器的应用
微型致动器在电子、机械、光电、生物医学等领域都有不同程度的应用。在微电子学领域，用于制作复杂的微机电系统，如MEMS传感器、电容式微机械开关、惯性导航器等；在光学领域，可用于实现光致动力驱动微镜头、胶片定位和光学干涉等；在生物医学领域，应用于自动化实验室操作、细胞批处理以及药物递送等。此外，微型致动器在机器人、精密仪器以及汽车齿轮自动变速器等方面都有重要应用。
总之，微型致动器作为微小机械运动和精确力量控制的重要手段，将会在未来各领域的发展中发挥越来越重要的作用。随着科研设备和技术的不断发展，人们的需求也将不断提高，微型致动器技术越来越小，却能做出越来越大的贡献。
