Los dispositivos MEMS se han vuelto altamente populares en su uso en los últimos años, ya que los podemos encontrar en varios elementos del hardware de PC, tanto en periféricos como en los componentes dentro de dentro de un ordenador en todas sus formas. Desde los PCs de escritorio a los smartphones que tenemos en nuestro bolsillo. ¿Qué son y cómo funcionan los dispositivos MEMS?
Tenemos la tendencia a asumir que lo que hay en el interior de nuestro PC son piezas de electrónica pura y dura, ya sean digitales o analógicas y que otras disciplinas de la ingeniería no se encuentran presentes en nuestro PC. Pues bien, los dispositivos MEMS son utilizados a diario en tu PC, en todo momento y no son componentes electrónicos. Veamos qué son y cuáles son sus utilidades.
¿Qué son los dispositivos MEMS?
MEMS son unas siglas que significan microelectromechanical systems, lo cual se traduce en sistemas microelectromecánicos. Su particularidad es que reúne sistemas de electromecánica miniaturizados al máximo, tanto que pueden integrarse dentro de un chip. Su complejidad es variable y podemos encontrar mecanismos desde mecanismos muy simples a otros tan complejos como un reloj. El primero de ellos en implementarse al mercado fueron los acelerómetros, los se habían utilizado en los airbags de los automóviles y en los cartuchos de tinta de las impresoras hasta el momento. ¿Su popularización? La Nintendo Wii primero y el advenimiento de los smartphones después demostraron que los acelerómetros podían servir como sensores.
Los MEMS son dispositivos sumamente complejos de diseñar y fabricar, ya que reúne varias disciplinas de ingeniería completamente dispares. En primer lugar se encuentran integrados en dispositivos electrónicos, son dispositivos mecánicos en los que además los materiales son importantes. Algunos incluso llegan a utilizar tecnologías complejas como la óptica y la mecánica de fluidos. Y pese a su enorme complejidad se encuentran en centenares de millones de dispositivos a precios que se suelen vender a céntimos.
A día de hoy los dispositivos MEMS se utilizan para multitud de tareas y toman diferentes formas. Por ejemplo, los sensores de presión de los micrófonos son dispositivos MEMS. ¿Cómo se mide la temperatura de los procesadores y se informa de su estado? Pues de ello también se encarga un dispositivo MEMS. Por tanto se utilizan para solucionar problemas concretos que la electrónica convencional, en sus dos ramas, no pueden solucionar.
Categorización de los dispositivos MEMS
A día de hoy los dispositivos MEMS más utilizados en nuestro día a día son los siguientes:
- Magnetometros, utilizados para obtener la direccion durante la navegación, es decir, hacen la función de brújulas.
- Sensores de flujo de aire para sistemas de refrigeración.
- Micrófonos MEMS, utilizados para la comunicación, muchos de ellos integran sistemas de cancelación de ruido.
- Sensores de temperatura, los cuales se usan a día de hoy para los controles de velocidad de reloj y temperatura de los procesadores.
- Sistemas inerciales o IMU que reúnen giroscopios y acelerómetros en una sola unidad. En los automóviles se utilizan junto a los sensores MEMS que miden la inercia y el movimiento como son los acelerómetros y los giroscopios para los sistemas de control de frenado de los coches.
Si hablamos de periféricos los dispositivos MEMS se utilizan en todo tipo de dispositivos. Los podemos encontrar en las impresoras de inyección de tinta y los escáneres, en los proyectores de imagen e incluso en pantallas que utilizamos a diario. Su mayor particularidad es que al estar integrados con los procesadores y memorias no solo están pensados para funcionar de manera individual, sino también se pueden combinar entre sí para crear sistemas complejos para resolver sistemas concretos. Es muy probable que esa función que aparece en las especificaciones de un componente o periféricos que no podáis explicar desde la perspectiva de la arquitectura de computadores sea producto del trabajo de un sensor MEMS.
En el mundo de la informática aplicada a la medicina, los dispositivos MEMS se utilizan para acelerar los diagnósticos. A día de hoy hay placas llenas de dispositivos MEMS que pueden hacer un análisis de sangre en cuestión de segundos y dar resultados. Monitorizar el nivel de azúcar en sangre. Incluso existen implantes médicos que utilizan este tipo de dispositivos y se han llegado a utilizar incluso en cirugías donde se requiere una alta precisión. Por lo que como podéis ver no solo se requieren varias disciplinas para su diseño y creación, sino que además tienen utilidad en múltiples mercados.
¿Qué ventajas y desventajas tienen?
En primer lugar, los dispositivos MEMS son excelentes para la medición debido a su alta sensibilidad, lo cual son ideales para ciertos escenarios cómo es el caso de la telemetría en el hardware informático. El motivo por el cual muchos diseños de CPU y GPU son viables en ciertos factores forma, tamaños y consumos no es otra cosa porque las velocidades de reloj se adaptan a través de un termómetro integrado que no es más que un dispositivo MEMS. Lo mismo se puede decir de la pantalla táctil de tu portátil, tablet o smartphone. Es más, su pequeño tamaño no solamente es ideal para la integración de los componentes, sino que hacen su trabajo con un consumo muy bajo.
¿Su mayor desventaja? Su diseño es tan complejo que muy pocas empresas se pueden permitir el lujo de crear nuevos sensores MEMS, ya que se requieren varias disciplinas. Lo que lleva a años de desarrollo en el que equipos multidisciplinares acaban siendo necesarios. El desarrollo además supone la creación de lás máquinas de fabricación y de testeo, lo cual complica aún más las cosas para desarrollar nuevos dispositivos de este tipo.
Por lo que su mayor desventaja viene por el coste de desarrollo, lo cual es paradójico, ya que son dispositivos que se venden a muy bajo coste y han pasado a formar parte de nuestra vida. Los dispositivos MEMS son tan utilizados en el mundo de la electrónica de consumo que se encuentran producidos en grandes cantidades, lo que hace que su precio sea muy bajo. No obstante, sin ellos no hubiesen sido posibles muchos avances tecnológicos que hemos visto durante los últimos años.
