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El MIT trabaja en nuevos sistemas microelectromecánicos

[29/12/2015] Los sistemas microelectromecánicos o MEMS llegaron a ser un negocio que facturó 12 mil millones de dólares en el 2014. Este mercado está dominado por un puñado de dispositivos como los acelerómetros que reorientan las pantallas de la mayoría de smartphones. La fabricación de MEMS ha requerido tradicionalmente instalaciones de semiconductores sofisticados que cuestan decenas de millones de dólares. De este modo, el desarrollo de MEMS potencialmente útiles ha caído, ya que no cuenta con mercados suficientemente potentes como para justificar la inversión inicial de capital en la producción.

Sin embargo, dos artículos recientes de investigadores del MIT ofrecen posibilidades al cambio de tendencia en el mercado de los sistemas MEMS. En el primero, los investigadores muestran que un sensor de gas fabricado con un dispositivo de escritorio funciona de la misma manera que los sensores comerciales construidos en las instalaciones de producción convencionales. Por otro lado, muestran que el componente central del dispositivo puede ser creado con una impresora 3D. Así, los artículos sugieren que un tipo de sensor de gas MEMS podría ser producido por una centésima parte del costo sin que haya pérdida de calidad aparente.

La fabricación de este dispositivo elude muchos de los requisitos que hacen la manufactura de los MEMS convencionales mucho más cara. "La fabricación aditiva que hacemos se realiza a baja temperatura y sin vacío, aseguró Luis Fernando Velásquez García, investigador principal de tecnología de microsistemas del MIT. "La temperatura más alta que hemos utilizado es probablemente 60 grados. En un chip, es probable que se necesite hacer crecer al óxido, lo que se da en torno a los mil grados Celsius. También hacemos los dispositivos con gran rapidez. Los dispositivos que producimos se hacen en cuestión de horas.

Bienvenida a la resistencia

Velásquez García ha estado investigando durante años las técnicas de fabricación que implican matrices densas de emisores que expulsan corrientes microscópicas de líquido cuando se someten a fuertes campos eléctricos. Para los sensores de gas, García y Anthony Taylor, investigador visitante de la empresa británica Edwards Vacuum, utilizan los llamados 'emisores alimentados internamente'. Estos tienen orificios cilíndricos que permiten que el fluido pase a través de ellos. En este caso, el fluido contiene diminutas escamas de óxido de grafeno, que cuenta con unas propiedades eléctricas notables. Los investigadores usaron sus emisores para pulverizar el fluido en un patrón descrito sobre un sustrato de silicio. El fluido se evapora rápidamente, dejando una capa de motas de óxido de grafeno de solo unas pocas decenas de nanómetros de espesor. Las escamas son tan finas que la interacción con moléculas de gas cambia su resistencia en una forma medible, haciéndolos útiles para la detección.

"Lo que demostramos es que estos dispositivos, son tan precisos y más rápidos. Los hacemos a un costo muy bajo, probablemente céntimos. Para producir estos sensores se utilizan emisores electrospray que habían sido construidos mediante procesos convencionales. Sin embargo, en el informe destaca la utilización de una impresora 3D para producir emisores electrospray de plástico cuyo tamaño y rendimiento se combinan con los de los emisores que arrojaron los sensores de gas.

Hechos a medida

Además de la fabricación de dispositivos electrospray, Velásquez García aseguró que la impresión 3D hace que sea más fácil personalizar los dispositivos para aplicaciones particulares. "Cuando empezamos a diseñarlos no sabíamos nada, pero al final de la semana tuvimos 15 generaciones de dispositivos donde cada diseño actuó mejor que las versiones anteriores

De hecho, Velásquez García aseguró que las ventajas del electrospray no ayudan tanto a fabricar más barato, como a permitir la creación de dispositivos totalmente nuevos. Además de hacer de los MEMS un producto rentable en el mercado, el electrospray podría permitir que los productos incompatibles se amolden al proceso con las técnicas de fabricación nuevas. "En algunos casos, los fabricantes de MEMS tienen que elegir entre lo que pretendían hacer, a partir de los modelos, y lo que se puede hacer sobre la basa de las técnicas de microfabricación, anotó Velásquez García. "Nos permite depositar materiales que no serían compatibles con la fabricación de semiconductores de alta temperatura, como las moléculas biológicas, finalizó.

Computerworld, España