Revista >> Iulie - August 2019 [Nr. 216] >> Cercetare & Invatamant superior

Scoala ICPE-CA de microacţioanări electromecanice neconvenţionale

Dr. ing. Mircea Ignat, ICPE-CA

31 Iulie 2019

În general, o definiție acceptabilă pentru acționarea electromecanică spune că aceasta este „un sistem de acţionare electrică ce reprezintă o mulțime de obiecte (elemente) interconectate și independente în scopul realizării conversiei electromecanice a energiei pentru un anumit proces tehnologic”. Autorii unui astfel de sistem au fost cadre didactice, specialiști de marcă în domeniul mașinilor electrice și pionieri în domeniul acționărilor electrice în perioada 1950-1980, primele inițiative aparţinând Institutului Politehnic din București, Facultatea de Electrotehnică (Catedra de Mașini și Acționări Electrice) și ICPE, care a dezvoltat un laborator de acționări electrice. Desigur, nu trebuie uitate nici contribuțiile în domeniul acționărilor electrice ale facultăților de electrotehnică sau electromecanică din Iași, Craiova, Timișoara, Cluj și Brașov.

Odată cu apariția altor tipuri de motoare sau cu apariția actuatorilor electromecanici cu principii diferite de funcţionare decât cele ale motoarelor electromagnetice, adică electrostatice, piezoelectrice, dielectrice, electrostrictive, magnetostrictive, electrotermice, electrochimice, s-a impus la nivelul cercetării aplicative o forțare paradigmatică ce a indicat apariția unei noi paradigme, și anume acționările electromecanice neconvenționale, cu domenii noi de aplicație, precum microrobotica, micromedicina, protezarea medicală, componente în giroscopia neconvențională (altele decât cele bazate pe sistemul inerțial), dispozitive auxiliare în prelucrările mecanice, jeturi sintetice. Această forțare a paradigmei se explică și prin progresele realizate în domeniul materialelor.
Începând cu anul 2001, atunci când a luat fiinţă INCDIE ICPE-CA, au apărut preocupări în această nouă paradigmă. Institutul nou-înființat a avut curajul de a aborda proiecte la nivel teoretic și experimental considerate de avangardă, proiecte de pionierat dintre care amintim: „Sisteme de microacţionări neconvenţionale pe 3 axe utilizând microactuatori piezoelectrici” din Programul MATNANTECH, 2003-2005, „Micromotoare ultrasonice piezoceramice cu aplicaţii în microacţionările industriale” din Programul RELANSIN, 2004, „Microactuatori piezoceramici destinaţi motoarelor cu ardere internă” din Programul AMTRANS, 2004-2006 sau „Controlul curgerii utilizând actuatori de jet sintetic. Aplicații pentru sisteme Aerospaţiale” din Programul AEROSPAŢIAL 2001-2003.

Putem aminti aici şi preocupările noastre în domeniul actuatorilor magnetostrictivi pentru detensionarea tablelor electrotehnice din perioada 2006-2008.
Din realizările acestor lucrări, vedem în fig.1 structura folosită pentru un actuator electrotermic, în fig.2 primul micromotor piezoelectric şi în fig.3 motorul magnetostrictiv rotativ.
O serie de brevete obţinute atestă realizările originale. Amintim aici: „Motor ultrasonic cu un grad de libertate”, brevet nr.147217/1997 şi Microactuator pe bază de polimeri, brevet nr.127094/19.08.2014.

Primele doctorate referitoare la acționările neconvenționale, la micromotoare şi microactuatori neconvenționali au fost în anul 2000 „Contribuții privind scanarea optică folosind actuatorii - senzori ultrasonici pe bază de materiale inteligente“ (Mircea Ignat), iar în 2011, tot la UPB, s-a susţinut teza „Micromotoare piezoelectrice pentru sisteme neconvenţionale de acţionări”.
Rezultatele cercetărilor în domeniul microactuatorilor neconvenţionali au fost publicate în reviste cu impact, cum ar fi lucrările: „Polydimethylsiloxane/silica composites incorporating pyrite powders for actuation elements” Cazacu M, Ignat M, Racles C et al în „Polymer International” volume: 58, nr. 7, pg. 745-749; „The Nano and Micromanipulators based on magnetic bacterium” Ignat M, Ardelean I, Zarnescu G. şi „Phthalonitrile-containing aromatic polyimide thin films with nano-actuation properties” Hamciuc C, Cârja I.D., Hamciuc E, Ignat M, Ovezea D et al în Polymers for advanced Technologies volume 24, nr. 2, 2013, pg. 258-265 sau comunicate în volumele unor importante conferinţe internaţionale dintre care amintim: „The Nano and Micromanipulators based on magnetic bacterium” Ignat M, Ardelean I, Zarnescu G la a 3-a conferinţă Symposium on Mining Smartness from Nature „Smart Materials, Structures and Systems”, Italia 2008.

Această dezvoltare nu ar fi fost posibilă fără muncă de cercetare continuă, dezvoltată în anii precedenţi. Dintre lucrările apărute în urma acestor eforturi amintim: „A study of intracellular movements with application in electromotion”, „Basic elements on electro-mechanical scanners with torsion axes”, prezentat la ELECTROMOTION 95” Cluj – Napoca 26-28 mai 1995, „A study about the mechanism of motility in biology with application in miniaturized- dielectric motors”, prezentat la International Aegean Conference on Electrical Machines and Power Electronics, Kusadisi,Turcia, 5-7 iunie 1995 sau „Some Elements of Microelectromechanical Scanners”, comunicare orală la PEMC 98, Praga, 8-12 septembrie 1998.
Aceste realizări nu ar fi fost posibile fără o organizare corespunzătoare, care a inclus laboratorul de microelectromecanică neconvenţională. Activitatea a fost catalizată de existenţa în cadrul institutului a unor laboratoare de materiale, a laboratorului de materiale piezoelectrice, a laboratorului de materiale carbonice, a laboratorului de materiale magnetice, laboratoare suport pentru abordarea micromotoarelor și microactuatorilor neconvenționali.
De asemenea, trebuie să amintim şi colaborarea strânsă cu Institutul de Chimie Macromoleculară „Petru Poni” din Iaşi, colaborare care durează din 1995. Acest institut a realizat pentru noi materiale polimerice elastomerice, cu care au fost abordate aplicații privind actuatori și sisteme harvesting pe principii electrostrictive.
Un alt colectiv de mare valoare se găseşte în cadrul Institutului de Biologie al Academiei, institut implicat alături de noi în proiecte de avangardă privind cercetarea bionică a motilităților biologice (cum ar fi bacteriile magnetice) cu aplicații în sisteme microelectromecanice și microrobotică.
Prin contractul de finanțare 104/SMIS, PROMIT, câştigat de ICPE-CA pentru finanţarea dotărilor necesare laboratoarelor de inginerie electrică, au fost posibile achiziții esențiale pentru dezvoltarea domeniului de microelectromecanică neconvenţională, dintre care amintim: microscopul de interferență Veeco NT1100 şi sistemul de investigații și măsurători microdinamice (caracterizarea microactuațiilor) Agilent Laser Interferometer-10766A (fig.4).
De adăugat că şi Centrul Alexandru Proca pentru Inițierea Tinerilor în Cercetare Ştiinţifică (înfiinţat în cadrul institutului ICPE-CA) beneficiază de dezvoltarea domeniului de micromotoare și microacționări electromecanice neconvenționale. Cercetările noastre de avangardă din acest domeniu au asigurată, în acest fel, dezvoltarea şi în viitor.