MEMS: Mezi elektronikou, mechanikou a nanotechnologií

Mikroelektromechanické systémy, zkráceně MEMS, kombinují elektronické prvky s mechanickými na jednom polovodičovém čipu. K jejich výrobě se používají upravené postupy známé z produkce integrovaných obvodů, které se vyznačují vysokou sériovostí a nízkými náklady. MEMS se zvolna dostávají do našeho každodenního života, k jejich rozšíření ve větším měřítku je však potřeba ještě překonat několik problémů.

MEMS: Mezi elektronikou, mechanikou a nanotechnologií


Mikroelektromechanické systémy, zkráceně MEMS, kombinují elektronické prvky s mechanickými na jednom polovodičovém čipu. K jejich výrobě se používají upravené postupy známé z produkce integrovaných obvodů, které se vyznačují vysokou sériovostí a nízkými náklady. MEMS se zvolna dostávají do našeho každodenního života, k jejich rozšíření ve větším měřítku je však potřeba ještě překonat několik problémů.

Achillovou patou většiny moderních přístrojů představují jejich snímací prvky. Ve srovnání s integrovanými obvody jsou objemné a podstatně méně spolehlivé; navíc i náklady na jejich výrobu jsou většinou vyšší než náklady na výrobu integrovaných obvodů.

Mozek na čipu
Problémy spojení starého mechanického světa s novým elektronickým by mohly vyřešit právě MEMS. Tyto systémy totiž nabízejí elegantní řešení, díky kterému je možné zvýšit spolehlivost a často i výrazně snížit cenu řady užitečných zařízení. Díky tomu, že je elektronická i mechanická část vyrobena na jedné polovodičové destičce, je možné přímo propojit inteligenci elektroniky s čidly a výkonnými nástroji.

Tímto způsobem vzniká vlastně celý autonomní systém lokalizovaný na jediném čipu, vybavený „mozkem“, „smysly“ a „svaly“. Snímače dokáží zjišťovat mechanické, teplotní, biologické, chemické, optické a magnetické vlastnosti okolí. Elektronika získané údaje zpracuje a rozhodne, jakou akci je potřeba provést - může jít například o přesun, změnu orientace, regulaci, čerpání nebo filtrování. MEMS se tak díky svým schopnostem mohou uplatnit například při identifikaci DNA či manipulaci s genetickou informací, jako skenovací tunelovací mikroskopy nebo zdroje vysokofrekvenčních signálů v komunikacích. Samozřejmostí by se mohlo stát také využití těchto technologií k detekci nebezpečných chemických a biologických látek nebo k průběžné kontrole při výrobě léčiv.
Možnosti uplatnění MEMS zmíněné v předešlém odstavci jsou do značné míry hudbou budoucnosti. V současnosti se MEMS využívají především v automobilovém průmyslu. Zejména díky nim mohou být nejnovější automobily vybavovány airbagy. Zatímco čelní pohlcovače nárazu pracovaly celkem spolehlivě i se staršími snímacími prvky, pro novou generaci montovanou na bocích a stropech to už nestačí. Je totiž třeba podstatně přesněji vyhodnocovat hrozící nebezpečí nárazu vozidla. Vyšší spolehlivost MEMS přitom není vykoupena vyššími náklady, ba naopak – nové airbagy jsou levnější a lépe nastavitelné.

I v dalších oborech se blýská na lepší časy. Zkušenosti výzkumníků ze San Antonia například zaplašily obavy z toho, jak budou MEMS fungovat ve vakuu. Kovové součástky se totiž ve vakuu mají obecně tendenci „slepovat“ k sobě, na úrovni milimetrů a jejich zlomků však k uvedenému jevu nejspíš nedochází.
Naopak napětí potřebné k rozkmitání oscilátoru je s využitím nové technologie podstatně nižší a zesílení signálu vyšší. Elektromechanické oscilátory díky tomu vyžadují podstatně nižší provozní napětí. Zatímco v atmosféře je k jejich rozkmitání potřeba 100-150 voltů, ve vakuu postačí pouhá desetina. Zesílení je dokonce vyšší více než stonásobně.
Nasazení MEMS při výzkumu vesmíru může snížit náklady spojené s těmito projekty. Podstatně menší rozměry ve spojení s nižší energetickou náročností sníží hmotnost družic, a tím zlevní jejich vynášení na oběžnou dráhu. Miniaturizace také umožňuje větší redundanci jednotlivých prvků. Tímto způsobem se snad zvýší spolehlivost automatických družic a sond, které se dokážou lépe vyrovnat s nepředvídatelnými potížemi. Kromě původně plánovaného vesmírného nasazení mohou zkušenosti s prací ve vakuu vést k výrobě MEMS určených pro pozemské podmínky. Zřejmě nejznámějším příkladem zařízení, které by následně mohlo být zdokonaleno, je žárovka..








Komentáře