A MEMS (sistema micro-electromecânico) é uma máquina em miniatura que tem componentes mecânicos e electrónicos. A dimensão física de um MEMS pode variar de vários milímetros a menos de um micrómetro, uma dimensão muitas vezes menor do que a largura de um cabelo humano.
O rótulo MEMS é utilizado para descrever tanto uma categoria de dispositivos micromecatrónicos como os processos utilizados no seu fabrico. Alguns MEMS nem sequer têm peças mecânicas, no entanto são classificados como MEMS porque miniaturizam estruturas utilizadas em maquinaria convencional, tais como molas, canais, cavidades, furos e membranas. Uma vez que alguns dispositivos MEMS convertem um sinal mecânico medido num sinal eléctrico ou óptico, também podem ser referidos como transdutores. No Japão, os MEMS são mais comummente conhecidos como micromáquinas, e nos países europeus, os MEMS são mais comummente referidos como tecnologia de microssistemas (MST).
Como os MEMS são construídos
MEMS são compostos por peças tais como micro-sensores, microprocessadores, microactuadores, unidades para processamento de dados e peças que podem interagir com peças exteriores.
Dispositivos mecatrónicos convencionais não semelhantes, os MEMS são frequentemente fabricados com as mesmas técnicas de fabrico por lotes utilizadas para criar circuitos integrados (CI) e muitos produtos comerciais MEMS são integrados e embalados juntamente com CIs. A fabricação de MEMS permite aos micro-sensores, que recolhem dados, e aos microactuadores, que convertem energia em movimento, integrarem-se no mesmo substrato.
Embora os MEMS tenham um baixo custo de produção por dispositivo, a embalagem pode ser um desafio. Cada MEMS deve ser embalado para que os circuitos eléctricos ou ópticos e outros componentes do dispositivo permaneçam livres de contaminação do ar e da água, ao mesmo tempo que ainda possam interagir com o ambiente circundante e acomodar o movimento.
Exemplos de MEMS
O pequeno sistema num chip (SOC) que ajusta automaticamente a orientação do ecrã num smartphone é um exemplo de um MEMS com o qual muitas pessoas interagem todos os dias. À medida que os MEMS se tornam mais pequenos, requerem menos energia e são menos dispendiosos de fabricar, espera-se que desempenhem um papel importante na Internet sem fios das coisas (IoT) e na domótica.
Outras aplicações comerciais de MEMS incluem:
- Sistemas de aquecimento e arrefecimento por sensores para sistemas de gestão de edifícios.
- Arrays de microespelhos para sistemas de projecção de alta definição.
- Pó inteligente para a detecção de alterações ambientais em salas limpas de fabrico molecular (nanotecnologia).
- Micronozes para controlar o fluxo de tinta em impressoras de jacto de tinta.
- Giroscópios, barómetros, acelerómetros e microfones minúsculos para suportar aplicações móveis.
- Dispositivos de comutação óptica que permitem a um sinal óptico controlar outro sinal óptico.
Sensores de pressão descartáveis para utilização em cuidados de saúde.
O MEMS abaixo é uma bomba de insulina descartável e utilizável para a gestão da diabetes, concebida pela Debiotech e STMicroelectronics. Segundo a Debiotech, o chip é uma pilha de 3 camadas ligadas entre si: uma placa de silício sobre isolador (SOI) com estruturas de bomba micromachuradas e duas placas de cobertura de silício com orifícios de passagem. Um actuador piezoeléctrico no chip move a membrana num movimento de reciprocidade para comprimir e descomprimir o fluido na câmara de bombeamento.
História de MEMS
A ideia de criar MEMS começou na década de 1980; contudo, os meios para produzir MEMS (a infra-estrutura de concepção e fabrico) não estava disponível o suficiente até aos anos 1990. Um dos primeiros tipos de MEMS produzidos foi para controladores de air-bag e cabeças de impressão de jacto de tinta. No final dos anos 90, foi feito um projector utilizando espelhos micromecânicos (que utiliza MEMES). Grande parte do apoio original ao MEMS veio do Gabinete de Investigação e Desenvolvimento de Tecnologia Electrónica da Agência de Projectos Avançados de Defesa.
Todos os anos, os micro-sensores começaram a ser utilizados para um grande número de tipos de sensores, incluindo sensores de temperatura, pressão, campos magnéticos e radiação. Em muitos casos, os sensores que utilizavam MEMS eram muito mais eficientes em termos de desempenho quando comparados com outros maiores.
Hoje em dia, a maioria das pessoas interage diariamente com MEMS. Cada automóvel novo que sai de uma linha de montagem tem pelo menos 50 MEMS; são componentes essenciais em vários sistemas de segurança obrigatórios, incluindo airbags, controlo electrónico de estabilidade (ESC) e sistemas de monitorização de pressão de pneus (TPMS).
MEMS vs. NEMS
Enquanto MEMS significa sistema micro-electromecânico, NEMS significa sistema nano-electromecânico. NEMS seria utilizado na nanotecnologia, que é uma tecnologia que pode manipular a matéria a uma escala nanométrica (em torno do nível atómico ou molecular). Uma abordagem de cima para baixo da nanotecnologia utiliza dispositivos que partilham muitas técnicas semelhantes às do MEMS. MEMS e NEMS são por vezes referidos como tecnologias separadas, mas podem ser considerados como dependentes uns dos outros, uma vez que as tecnologias NEMS são necessárias para NEMS. Como exemplo, um microscópio de túnel de varrimento (STM), que pode detectar átomos, é um dispositivo MEMS.
Este vídeo do MEMS & Sensors Industry Group fornece uma introdução à tecnologia MEMS.