Dr. José Manuel Nieto Jalil
Director del Departamento Regional de Ciencias en la Región Centro-Sur Tecnológico de Monterrey Campus Puebla
El 29 de diciembre de 1959, el famoso físico teórico Richard Feyman, durante la reunión anual de la Sociedad Americana de Física dictó una conferencia titulada “There’s Plenty of Room at the Bottom” (Hay mucho espacio en la parte inferior) en que preconizaba una gran revolución en las tecnologías de miniaturización basada en el funcionamiento de los sistemas biológicos y su capacidad para ejecutar funciones complejas y almacenar colosales cantidades de información a nivel microscópico. El físico reflexionaba sobre los diversos campos de aplicación para la humanidad en caso de poderse desarrollar la capacidad de fabricar dispositivos miniaturizados.
Cinco años después, en 1964, H.C. Nathanson y sus colegas en Westinghouse produjeron el primer sistema microelectromecánico, el transistor de compuerta resonante, empleando procedimientos estándar de fabricación microelectrónica en silicio. En 1965, el cofundador de Intel, Gordon Moore, tuvo una visión de futuro: formuló que aproximadamente cada 18 meses se duplicaría el número de transistores en un circuito integrado. Su predicción ha hecho posible la expansión de la tecnología en todo el mundo y hoy se ha convertido en el motor del rápido cambio tecnológico.
El siglo XXI está siendo testigo de una nueva revolución científica e industrial, la manipulación de la materia a escala molecular, nanorobots circulando por las arterias, aparatos que se auto replican, materiales que se auto reparan, ordenadores invisibles, chips con ADN, biochips, nanosatélites y teleportación de la materia, son sólo algunos de los prodigios que anuncia la ciencia para el nuevo milenio.
El primer circuito integrado fue desarrollado a finales de la década del cincuenta. Hoy no podemos concebir la vida sin ellos; la informática, las comunicaciones, la manufactura y los sistemas de transporte, el internet, por citar algunos, dependen de los circuitos integrados. La revolución digital causada por los circuitos integrados es uno de los sucesos más significativos de la historia de la humanidad.
Los Sistemas Micro Electro Mecánicos (MEMS, por Microelectro-mechanical Systems) son aquellos sistemas complejos que combinan elementos electrónicos y mecánicos en un mismo chip, con aplicaciones tan diversas que todo mundo utiliza a través de equipos electrónicos empleados, es decir, los MEMS son sistemas inteligentes miniaturizados que contienen elementos para sensar el ambiente, procesar información y, finalmente actuar sobre su entorno.
Los MEMS son estructuras mecánicas cuya principal característica es que pueden ser construidos con el mismo proceso usado para la fabricación de circuitos integrados. Por lo cual es posible integrar, en un sólo componente, dispositivos mecánicos con la electrónica necesaria para su funcionamiento. Estos sistemas normalmente combinan dos o más clases de elementos de los siguientes tipos: eléctricos, mecánicos, ópticos, químicos, biológicos o de otras propiedades. Los MEMS son dispositivos tan pequeños, que por lo general no pueden verse con el ojo humano y se pueden utilizar en aplicaciones tan diversas como la medicina, las telecomunicaciones y la manufactura.
En los Estados Unidos esta tecnología se conoce como Sistemas Microelectromecánicos, MEMS, en tanto que en Europa son llamados Tecnologías de Microsistemas, MST. Para los investigadores e ingenieros norteamericanos, los MEMS son principalmente dispositivos electromecánicos, fabricados mediante técnicas desarrolladas por la industria de la microelectrónica, cuyas dimensiones se encuentran en el orden de los micrómetros (un micrómetro es diez a la menos seis metros), basados principalmente en estructuras de silicio y que tienen un cierto grado de integración con circuitos electrónicos desarrollados en este mismo material.
Para los europeos se trata primordialmente de sistemas con un alto nivel de integración y miniaturización (también en el mismo orden de micrómetros) que emplean diferentes tecnologías y materiales para fabricar componentes que son combinados en una sola unidad funcional.
Los MEMS permiten cada día la creación de dispositivos sorprendentes. Se trata de una ciencia que tiene el potencial de cambiar el mundo, posee ventajas inherentes que se aplican a cada dispositivo que se diseñe y fabrique. Su tamaño no sólo introduce una reducción de su peso, tan vital en satélites, sondas y lanzaderas, sino que a la vez reduce drásticamente el consumo de energía, lo cual se traduce también en ahorro en el peso. Entre otras ventajas, se pueden citar su robustez, su integración inmediata con sistemas electrónicos asociados, su confiabilidad y su costo por sensor.
Para la fabricación de estos dispositivos se requiere de un control preciso del tamaño de las partículas que hay en el ambiente de fabricación. Actualmente las tecnologías MEMS están en una etapa en crecimiento, lo que le da la oportunidad a nuestro país y en particular a las universidades y centros de investigación de Puebla a entrar a su desarrollo de manera temprana y así obtener una ventaja competitiva en el desarrollo industrial de la zona.
El mundo económico del mercado de MEMS nunca se ha desarrollado tan rápida y profundamente como lo es hoy. A pesar de la interrupción obvia por el COVID-19, el futuro de la industria de Sistemas microelectromecánicos parece prometedor en los próximos años. El negocio de Sistemas microelectromecánicos (MEMS) está siendo testigo de muchas ideas, tecnologías y modelos económicos nuevos que cambiarán fundamentalmente el futuro de la industria
Entre las aplicaciones más destacadas podemos citar: sensores biomédicos invasivos y no invasivos, instrumentos miniatura para análisis bioquímicos, sistemas para suministro automático de medicamentos, sistemas de seguridad, frenado y suspensión automotriz, sistemas de almacenamiento masivo de datos. Por su parte, desde el punto de vista militar entre las aplicaciones más destacadas se encuentran: sistemas inerciales para guía de municiones y navegación personal, procesamiento electromecánico de señales para comunicación inalámbrica en distancias cortas y bajo consumo de energía, sistemas integrados para la detección temprana de amenazas de agentes biológicos y químicos, entre otros.
Actualmente, México ha estado dando algunos pasos hacia el desarrollo de una tecnología propia y hacia la cimentación de una futura industria nacional. La creación del laboratorio de innovación en MEMS del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) donde se realizan tareas de investigación aplicada, desarrollos tecnológicos y formación de recursos humanos en dispositivos microelectromecánicos constituye la antesala de un desarrollo sostenible. Las nuevas oportunidades de negocio para empresa de sectores tradicionales en estos momentos estarán dadas en su capacidad de fabricar máquinas ultra precisas y/o adaptar sus procesos de fabricación hacia las exigencias de nuevos dispositivos.
