Design and simulation of an optimized electrothermal microactuator with Z-shaped beams

El desplazamiento de la flecha central de un actuador chevron con brazos basados en una geometria de forma Z puede ser calculado utilizando una aproximacion desarrollada por otros autores, quienes probaron que los actuadores con un solo brazo ofrecen un mayor desplazamiento comparado con los actuadores en forma V convencionales, y que a su vez tambien ofrecen mayor rango de rigidez y fuerza de salida. Este articulo esta enfocado en optimizar un actuador de ocho brazos en forma Z, buscando incrementar la respuesta anteriormente mencionada. La estructura fue disenada en un paquete de modelado parametrico de solidos en 3D, Autodesk Inventor y simulada por el metodo de elemento finito en Ansys 15.0. Se implementaron varias longitudes en el largo de la forma Z, con la finalidad de seleccionar la longitud que proporcione el mayor desplazamiento. El potencial electrico aplicado en todos los casos fue de 0.2 V hasta 5 V. En los resultados se muestra que utilizando la longitud de la forma Z de los brazos del actuador Z optimizado se obtiene un incremento en el desplazamiento de la flecha de aproximadamente 50% comparado con el obtenido en el actuador V, y de un 38% en el actuador Z original. Ademas, se puede notar que estos resultados, empleando la aproximacion analitica, son extremadamente cercanos a los resultados obtenidos mediante la simulacion. La longitud total de los brazos con forma Z es el factor determinante del desplazamiento de la flecha. La baja rigidez mostrada por el actuador Z optimizado (89% menor que el actuador V y 58% comparado con el chevron Z original) hace que pueda utilizarse como sensor de carga