Mikroaktoren

Mikroaktoren sind Stellglieder, die Bewegungen und Kräfte auf mikrometer- bis millimetergroßer Skala erzeugen. Sie wandeln elektrische, magnetische, thermoelektrische oder elektrochemische Signale in mechanische Arbeit um und sind zentrale Bausteine von MEMS (mikroelektrische-mechanische Systeme) sowie von NEMS in der Mikro- und Nanotechnologie.

Zu den verbreiteten Typen gehören elektrostatik-aktoren (zum Beispiel Kamm- oder Comb-Antriebe), piezoelektrische Dünnfilm-Aktoren, thermoelektrische oder elektrothermische Aktuatoren, magnetische Mikroaktoren sowie Formen von Shape-Memory-Legierungen und elektroaktiven Polymeren. Elektrostatik bietet hohe Bandbreite und geringen Standby-Verbrauch, Piezoaktoren liefern hohe Präzision und Kraft bei kleinem Bauraum; thermoaktive Systeme sind einfach herzustellen, benötigen jedoch mehr Energie und erzeugen Wärme.

Die Herstellung erfolgt meist mit Silizium-MEMS-Technologien: Mikrostrukturen werden durch Dünnfilmabscheidung, Lithografie, Ätzen und Montage erzeugt und oft auf integrierte Schaltkreise oder Sensoren aufgebracht. Die Integration mit anderen Systemen und eine geeignete Verpackung sind entscheidend für Zuverlässigkeit, Wärmeableitung und Schutz vor Umwelteinflüssen.

Anwendungen finden sich in optischen Systemen (Mikrospiegelarrays, Strahllenkung, modulierte Optik), Mikrofluidik (Ventile, Mikropumpen), Biomedizin (präzise Dosier- bzw. Abgabesysteme), Robotik (Mikrogreifer, Bewegungsachsen) und Präzisionsmechanik. Typische Leistungsmerkmale sind geringe Masse, hohe Frequenz, ein hoher Kraft-Displacement-Trade-off, wobei Herausforderungen wie Nichtlinearität, Hysterese, Drift, Alterung und Wärmeentwicklung auftreten. Zukünftige Entwicklungen fokussieren auf Soft- und Hybridaktoren, verbesserte Energieeffizienz und stärkere Integration mit Sensorik.