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Sistemas Micro-Elétrico-Mecânico “MEMS”

Sistemas-Micro-Elétrico-Mecânico

“MEMS”

 

A tecnologia MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) é um dos principais   desenvolvimentos do século e um dos adventos mais fascinantes que podem ser utilizados de celulares à projetos aeroespaciais, esses dispositivos causaram  uma revolução eletrônica nas últimas décadas através da combinação da microeletrônica baseada em silício com a tecnologia de    micro – usinagem e são uma tendência para uma grande inovação de como tecnologia pode ser implementada.

O que são MEMS?

Imagine um sistema eletro –  mecânico com alto poder computacional ocupando uma fração da palma da sua mão, isso já é uma realidade um sistema completo com sensores, controladores e atuadores, com baixo consumo e alto poder computacional.

Basicamente são estruturas eletro – mecânicas em escala micrométrica, é um projeto com naturezas multidisciplinares como a microeletrônica, engenharia mecânica, ciência dos materiais, física e química, reunidos para produzir sistemas integrados em um único chip, gerando dispositivos capazes de desempenhar funções de sensoriamento, controle e atuação .Essa tecnologia  aproveita ao máximo a micro – eletrônica que consiste no desenvolvimento de complexos circuitos em um “wafer” de silício e técnicas de micro – usinagem para desenvolvimento de sistemas mecânicos, atuadores e sensores. Um exemplo de uma grande aplicação é o acelerômetro   embarcado em um  chip que  consiste em uma massa sísmica implementada com alguns sistemas de molas, através deste processo pode se obter a aceleração em um determinado eixo e sua respectiva força  que trabalha como a causa dessa ação, agora imagine implementar isso dentro de um chip, é isso que essa fantástica tecnologia traz.

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Alguns benefícios que a tecnologia traz para as diversas aplicações:

  • Confiabilidade

A integração e miniaturização reduz a quantidade de interfaces e conexões. As interconexões são o ponto fraco em aplicações que para ambientes hostis,   Micro – sistemas fornecem uma maior confiabilidade ao produto.

  • Tamanho e peso

 Devido à miniaturização o tamanho físico e peso é diminuído, ganhando espaço e permitindo o aumento de complexidade.

  • Função

O progresso da Micro e Nanotecnologia e da integração resulta num aumento de funcionalidade dos micro – sistemas permitindo a incorporação de formas de auto – teste auto – proteção, auto – calibração, etc.

  • Energia

A redução de energia gasta por micros – sistemas é evidente.

Na década de 80 que essa tecnologia alavancou como técnicas desenvolvidas com mais eficiência, hoje esses sistemas estão implementados nas mais distintas aplicações como smart sensors, sensores inerciais, chips com sistemas embarcados, microelementos mecânicos e entre outros.

 

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Em 1967 o primeiro desenvolvimento baseado nessa tecnologia foi o transistor de porta ressonante que era um sintonizador e seletor de frequências para aplicações de equipamentos de RF, ativado eletrostaticamente esse foi o primeiro dispositivo que utilizou os conceitos dos sistemas em escala micrométrica.

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Estes tipos de sistemas podem ser configurados como híbridos quando existem mais de um chip, geralmente essa aplicação acontece quando o sistema eletrônico é separado do mecânico e o monolítico onde toda a integração do sistema é feita dentro de um único chip, isso faz com que o sistema tenha menos interfaces fazendo com que o mesmo seja mais eficiente.

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A fabricação destes sistemas é resultado de décadas de estudo, e é um dos processos mais caros na concepção do sistema, o processa de manufatura utiliza muitos métodos desenvolvidos na micro – eletrônica como elementos suspensos na superfície de um substrato de silício,  e  os métodos mais comuns utilizados micro – usinagem que  são por ataque químico e a uma espécie de desbastamento à laser.

Estrutura combo drive que utiliza capacitores, esse tipo de estrutura é aplicada em acelerômetros.

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Micro – motores, estes tipo de aplicação demonstra o poder no desenvolvimento de atuadores, estes sistemas podem ser excitados por braços capacitivos,  e  todo deslocamento angular através do seu  rotor movido por forças eletrostáticas.

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Alguns elementos de máquinas são muito utilizados nestes sistemas para desenvolvimentos de sistemas completos como elementos de tração engrenagens, correias, correntes, válvulas e entre outros.

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A produção de sensores também é válida quando se trata de sistemas de controle, pois os mesmos fazem um papel vital na aquisição de dados para realimentação e controle dos atuadores, alguns dispositivos são desenvolvidos dentro desta tecnologia como sensores térmicos, pressão, inerciais.

 

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Piezo – Resistividade

Um dos métodos também utilizados nesta tecnologia são os elementos piezo – resistivos, através da segunda Lei de Ohm pode se entender que a resistência elétrica de um determinado material varia de acordo com suas características geométrica assim como área de sua secção que é inversamente proporcional a sua resistência e o seu comprimento que é diretamente proporcional, uma das aplicações utilizando essa metodologia são sensores de deformação.

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Aplicações MEMS

Setor Aeroespacial:

As aplicações aeroespaciais são uma das áreas que mais aproveita dos recursos que esta tecnologia proporciona que vai de sistema de propulsão e ingnição, o exemplo abaixo demonstra um sistema de turbina a gás, muito utilizado em satélites para correção ou estabilização quando colocados em órbita.1

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Setor Aeronáutico:

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Setor Automotivo:

 

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A escalas micro e nano cada vez mais fazem parte do nosso cotidiano, com todos esses avanços cada vez mais se torna palpável áreas como a micro  e  nano  – robótica, como podemos ver a possibilidade de se criar verdadeiras máquinas com tamanhos extremamente menores com uma eficiência energética extrema  e alto poder computacional.

 

Fontes:

CCS (http://www.ccs.unicamp.br/)

LNLS (www.lnls.br/)

CenPRA (http://www.cenpra.gov.br/)

LSI-USP (http://www.lsi.usp.br/~dmi/Linhas/mems.html)

INPE-LAS (http://www.las.inpe.br/)

http://www.embarcados.com.br/mems/

 

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Escrito por Kawann Costa

Engenheiro Mecatrônico obcecado em entender como as coisas funcionam em seus níveis mais baixos de abstração.

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