En el sector del automóvil se ha hablado mucho de los circuitos integrados, es decir, de los chips. Sin embargo, no son los únicos dispositivos de alta tecnología que se emplean en los coches. También se depende mucho de otros dispositivos bastante similares a los chips semiconductores, como son los MEMS.
Aquí te mostraré qué es eso de los MEMS y para qué aplicaciones se puede utilizar en esta industria…
¿Qué es un MEMS?
Los sistemas microelectromecánicos o MEMS (MicroElectroMechanical Systems) son dispositivos miniaturizados que combinan elementos mecánicos, eléctricos y de procesamiento de señales en un solo chip. Estos dispositivos se fabrican utilizando técnicas de microfabricación, similares a las utilizadas en la producción de circuitos integrados, pero con la incorporación de procesos adicionales para crear estructuras tridimensionales y funcionalidades mecánicas.
Estos elementos son bastante diminutos, con dimensiones que pueden ir desde tan solo unos cuantos milímetros cuadrados, pero totalmente funcionales. Además, tienen una alta precisión, bajo consumo, y coste barato debido a la producción en masa como los chips. Es más, se pueden usar las mismas técnicas y maquinaria para fabricar chips y MEMS.
Y es que la fabricación de MEMS implica una serie de pasos complejos que combinan técnicas de microfabricación tradicionales con procesos fisicoquímicos específicos para la creación de estructuras necesarias, y que son iguales a las de los chips, solo que con objetivos diferente en este caso, ya que no solo se integran elementos electrónicos como transistores, sino también mecánicos como pueden ser engranajes, etc.
Estos procesos fisicoquímicos pasan desde la fotolitografía, hasta la deposición de materiales en capas delgadas sobre sustratos, utilizando técnicas como la deposición por vapor químico (CVD), la deposición por epitaxia en fase gaseosa (EPD) o la pulverización catódica (sputtering). También se puede usar el grabado en seco, grabado húmedo mediante ácidos, o también mecanizado mediante FIB o haz de iones. Incluso se pueden realizar tareas de ligadura, o de unión de estructuras tridimensionales mediante técnicas como la soldadura anisotrópica o la unión por difusión. También es necesaria la liberación de estructuras tridimensionales de sustratos de sacrificio mediante técnicas como la disolución o el desprendimiento. Así es como se pueden fabricar elementos con detalles de tan solo unos nanómetros…
Aplicaciones de los MEMS en el sector del automóvil
Los MEMS se han convertido en componentes esenciales en la industria automotriz, impulsando avances en seguridad, eficiencia y confort de conducción. Por ejemplo, los puedes encontrar en muchos elementos electrónicos del coche, especialmente en sistemas de control, monitorización, y seguridad. Por ejemplo:
- Sensores de presión: los sensores de presión MEMS miden la presión de un fluido o gas, siendo cruciales en diversos sistemas del vehículo. Su funcionamiento se basa en la deformación de una membrana flexible bajo la presión aplicada. Esta deformación se convierte en una señal eléctrica mediante un circuito integrado que la procesa y envía a la unidad de control del vehículo. Pueden estar presentes en numerosos subsistemas del vehículo, como puede ser para medir presión de aceite, de combustible, en la admisión del aire, neumáticos, frenos para medir presión de las pastillas para sistemas ABS y ESP, etc.
- Acelerómetros: en este caso miden la aceleración lineal del vehículo en las tres direcciones (x, y, z). Su funcionamiento se basa en la detección del movimiento de una masa suspendida dentro del sensor, como una especie de péndulo que toca unos u otros laterales, modificando la resistencia eléctrica entre los diferentes ejes. Este movimiento, o cambio de resistencia, será detectada e interpretada en valores de aceleración y dirección de esta en un procesador. Pueden estar presentes en los sistemas de control de estabilidad o ESP para detectar la pérdida de control, en suspensiones activas para controlar el balanceo del vehículo, o en sistemas de asistencia a la conducción para generar reacciones menos bruscas.
- Giroscopios: miden la velocidad de rotación del vehículo alrededor de un eje (generalmente, el eje vertical). Su funcionamiento se basa en la detección del movimiento de una masa rotatoria dentro del sensor. Este movimiento se convierte en una señal eléctrica, identificando así las rotaciones o cambios de ángulos. Pueden estar presentes en sistemas de estabilidad también, pero son populares en alarmas para detectar si el coche se lo está llevando la grúa, en sistemas de asistencia a la conducción para detectar giros bruscos o cambios de dirección, así como en los sistemas de navegación para marcar el rumbo, etc.
En los actuales coches autónomos estos sistemas son aún más importantes, ya que la conducción autónoma depende de muchos de estos sensores, además de LiDAR, sensores de proximidad, etc., aunque en estos casos no son de tipo MEMS, pero que son igualmente necesarios para el control.
Curiosidad ¿Se podrían crear micro o nano motores con esta técnica?
La tecnología MEMS no solo ha conseguido crear sistemas como los anteriores citados, también ha posibilitado crear motores de dimensiones diminutas. Se han conseguido algunos proyectos interesantes desde motores de reacción en miniatura, hasta motores de cohetes, pasando por otro tipo de propulsión para microsatélites, etc.
Un ejemplo notable de un micro-reactor MEMS es el propulsor iónico desarrollado por el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA. Este propulsor utiliza electricidad para ionizar y acelerar xenón, generando un empuje silencioso y eficiente. Su diseño compacto y modular permite la integración de múltiples propulsores en un solo sistema, aumentando la capacidad de maniobra de la nave espacial.
Otro experimento lo hicieron desde el MIT, creando motores de cohete con tecnología MEMS y que usa bipropelente líquido, proporcionando un empuje de nada menos que entre 10 y 15N con una relación empuje/peso de alrededor de 1000:1, lo que es una barbaridad. Un motor de alta densidad de potencia que podría servir para diseñar multitud de dispositivos de propulsión de pequeño tamaño. Por ejemplo, para lanzar pequeños dispositivos satelitales, impulsar pequeñas sondas, realizar grabaciones con cámaras a muy alta altitud, etc.
Evidentemente, para vehículos para la tierra esto no tendría ninguna aplicación práctica llamativa, pero es un ejemplo interesante para conocer hasta dónde puede llegar esta tecnología MEMS…
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