Un MEMS (sistema microelectromecánico) es una máquina en miniatura que tiene componentes mecánicos y electrónicos. La dimensión física de un MEMS puede oscilar entre varios milímetros y menos de un micrómetro, una dimensión muchas veces menor que el ancho de un cabello humano.
La etiqueta MEMS se utiliza para describir tanto una categoría de dispositivos micromecánicos como los procesos utilizados para su fabricación. Algunos MEMS ni siquiera tienen partes mecánicas, pero se clasifican como MEMS porque miniaturizan estructuras utilizadas en la maquinaria convencional, como muelles, canales, cavidades, agujeros y membranas. Como algunos dispositivos MEMS convierten una señal mecánica medida en una señal eléctrica u óptica, también pueden denominarse transductores. En Japón, los MEMS se conocen más comúnmente como micromáquinas, y en los países europeos, los MEMS se denominan más comúnmente tecnología de microsistemas (MST).
Cómo se construyen los MEMS
Los MEMS se componen de piezas como microsensores, microprocesadores, microactuadores, unidades para el procesamiento de datos y piezas que pueden interactuar con piezas exteriores.
A diferencia de los dispositivos mecatrónicos convencionales, los MEMS suelen fabricarse con las mismas técnicas de fabricación por lotes que se utilizan para crear circuitos integrados (CI) y muchos productos comerciales de MEMS se integran y empaquetan junto con los CI. La fabricación de los MEMS permite integrar en el mismo sustrato los microsensores, que recogen datos, y los microactuadores, que convierten la energía en movimiento.
Aunque los MEMS tienen un bajo coste de producción por dispositivo, el embalaje puede ser un reto. Cada MEMS debe empaquetarse de forma que los circuitos eléctricos u ópticos y otros componentes del dispositivo no se contaminen con el aire ni con el agua, y al mismo tiempo puedan interactuar con el entorno y adaptarse al movimiento.
Ejemplos de MEMS
El pequeño sistema en un chip (SOC) que ajusta automáticamente la orientación de la pantalla en un smartphone es un ejemplo de un MEMS con el que muchas personas interactúan cada día. A medida que los MEMS se hacen más pequeños, requieren menos energía y son menos costosos de fabricar, se espera que desempeñen un papel importante en el Internet de las cosas (IoT) inalámbrico y en la automatización del hogar.
Otras aplicaciones comerciales de los MEMS incluyen:
- Sistemas de calefacción y refrigeración impulsados por sensores para sistemas de gestión de edificios.
- Matrices de microespejos para sistemas de proyección de alta definición.
- Polvo inteligente para la detección de cambios ambientales en salas blancas de fabricación molecular (nanotecnología).
- Microboquillas para controlar el flujo de tinta en impresoras de chorro de tinta.
- Diminutos giroscopios, barómetros, acelerómetros y micrófonos para apoyar las aplicaciones móviles.
- Sensores de presión desechables para su uso en la asistencia sanitaria.
- Dispositivos de conmutación óptica que permiten que una señal óptica controle otra señal óptica.
El MEMS que se presenta a continuación es una bomba de insulina desechable y ponible para el control de la diabetes, diseñada por Debiotech y STMicroelectronics. Según Debiotech, el chip es una pila de 3 capas unidas entre sí: una placa de silicio sobre aislante (SOI) con estructuras de bomba micromecanizadas y dos placas de cubierta de silicio con agujeros pasantes. Un actuador piezoeléctrico en el chip mueve la membrana con un movimiento de vaivén para comprimir y descomprimir el fluido en la cámara de bombeo.
Historia de los MEMS
La idea de crear MEMS comenzó en la década de 1980; sin embargo, los medios para producir MEMS (la infraestructura de diseño y fabricación) no estuvieron suficientemente disponibles hasta la década de 1990. Uno de los primeros tipos de MEMS producidos fue para los controladores de las bolsas de aire y los cabezales de impresión de inyección de tinta. A finales de la década de 1990, se fabricó un proyector con microespejos (que utiliza MEMES). Gran parte del apoyo original a los MEMS provino de la Oficina de Tecnología Electrónica de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa.
Con el tiempo, los microsensores empezaron a utilizarse para un gran número de tipos de sensores, incluidos los de temperatura, presión, campos magnéticos y radiación. En muchos casos, los sensores que utilizaban MEMS eran mucho más eficientes en cuanto a rendimiento en comparación con sus homólogos de mayor tamaño.
Hoy en día, la mayoría de las personas interactúan con MEMS a diario. Cada automóvil nuevo que sale de una cadena de montaje tiene al menos 50 MEMS; son componentes esenciales en varios sistemas de seguridad obligatorios, como los airbags, el control electrónico de estabilidad (ESC) y los sistemas de control de la presión de los neumáticos (TPMS).
MEMS frente a NEMS
Mientras que MEMS significa sistema microelectromecánico, NEMS significa sistema nanoelectromecánico. Los NEMS se utilizarían en la nanotecnología, que es una tecnología que puede manipular la materia a escala nanométrica (alrededor del nivel atómico o molecular). Un enfoque descendente de la nanotecnología utiliza dispositivos que comparten muchas técnicas similares a los MEMS. A veces se habla de MEMS y NEMS como tecnologías separadas, pero se puede considerar que dependen la una de la otra, ya que las tecnologías NEMS son necesarias para la NEMS. Por ejemplo, un microscopio de barrido de punta de túnel (STM), que puede detectar átomos, es un dispositivo MEMS.
Este vídeo del Grupo de la Industria de Sensores MEMS & ofrece una introducción a la tecnología MEMS.