مقدمه مفهومی درباره واژه Actuator یا «کارانداز» در مهندسی و علوم کامپیوتر به دستگاهی گفته می شود که سیگنال های دیجیتال یا آنالوگ را از یک سیستم کنترل دریافت کرده و به یک کنش فیزیکی مانند حرکت، فشار یا چرخش تبدیل می کند. این عنصر کلیدی در معماری های هوشمند، صنعتی و اتوماسیون، نقش ’’مجری فرمان’’ را بر عهده دارد.
کاربرد واژه در برنامه نویسی یا زیرشاخه های فناوری اطلاعات در فناوری اطلاعات، actuatorها معمولاً در سیستم های تعبیه شده و اینترنت اشیا (IoT) دیده می شوند. آن ها از طریق نرم افزارهایی که روی کنترلرها یا میکروکنترلرها نوشته می شوند، فعال شده و به اجرای یک عملکرد مشخص مانند باز کردن دریچه یا روشن کردن موتور می پردازند.
مثال های واقعی و کاربردی در زندگی یا پروژه های IT در خانه های هوشمند، موتورهای باز و بسته کننده پرده یا درب گاراژ نمونه هایی از actuator هستند. در خودروها، تنظیم خودکار صندلی، فرمان های برقی، یا سیستم ترمز ضد قفل نیز از actuator بهره می برند. در ربات ها، حرکت مفاصل و گیره ها با actuator انجام می شود.
نقش واژه در توسعه نرم افزار یا معماری سیستم ها در معماری سیستم های سایبری-فیزیکی، actuatorها به عنوان نقطه تعامل میان سیستم نرم افزاری و دنیای واقعی عمل می کنند. خروجی محاسبات یا تحلیل داده از طریق actuator به صورت حرکت یا تغییر وضعیت فیزیکی ظاهر می شود و به همین دلیل در طراحی سیستم های هوشمند ضروری اند.
شروع استفاده از این واژه در تاریخچه فناوری و تکامل آن در سال های مختلف کاربرد actuatorها از دهه های ابتدایی قرن بیستم در صنایع سنگین آغاز شد. با ورود میکروکنترلرها در دهه ۱۹۷۰ و توسعه رباتیک و اینترنت اشیا در قرن ۲۱، actuatorها به بخش جدایی ناپذیری از سیستم های مدرن تبدیل شدند. امروزه، انواع الکترومکانیکی، نیوماتیکی و هیدرولیکی آن ها با هوش مصنوعی و رایانش ابری ترکیب شده اند.
تفکیک آن از واژگان مشابه actuator با موتور (motor) یا سنسور (sensor) تفاوت دارد. موتور تنها وظیفه تولید حرکت را دارد، در حالی که actuator اغلب شامل مکانیزم کنترلی و بازخورد نیز هست. سنسور برعکس actuator، داده ها را از محیط می گیرد نه اینکه کنشی ایجاد کند.
شیوه پیاده سازی واژه در زبان های برنامه نویسی مختلف در Arduino با استفاده از کتابخانه Servo.h و در Raspberry Pi با GPIO، می توان actuatorهایی مانند servo motor را برنامه ریزی کرد. در Python نیز با استفاده از کتابخانه هایی مانند RPi.GPIO یا gpiozero، امکان کنترل آن ها فراهم می شود.
نقش واژه در طراحی مدرن مانند DevOps، Microservices، AI و غیره در AI و رباتیک، actuator دستورات پردازش شده را به کنش فیزیکی تبدیل می کند. در DevOps نیز actuatorهای نرم افزاری می توانند به صورت خودکار پاسخ هایی مانند تغییر کانفیگ یا اجرای اسکریپت ها را به صورت عملیاتی اجرا کنند. این نقش در معماری های edge computing و Industry 4.0 پررنگ تر شده است.
چالش ها یا سوءبرداشت های رایج در مورد آن یکی از برداشت های نادرست، در نظر گرفتن actuator به عنوان تنها یک موتور ساده است. در حالی که بسیاری از actuatorها شامل سنسور داخلی، بازخورد موقعیت، و کنترلر مستقل هستند که آن ها را از یک موتور معمولی متمایز می سازد.
نتیجه گیری کاربردی برای استفاده در متون تخصصی و آموزشی کارانداز یا actuator باید در آموزش سیستم های هوشمند، رباتیک و اینترنت اشیا به عنوان مجری نهایی سیستم معرفی شود. درک درست از انواع actuator و نحوه کنترل آن ها از طریق زبان های برنامه نویسی مختلف، پایه ای برای طراحی مؤثر و کاربردی سیستم های فیزیکی-دیجیتال است.
