Dispositivos mecánicos ultra pequeños: los MEMS

   Para fijar ideas podemos decir que en el microprocesador de una computadora actual

tenemos unos 50 millones de transistores por cm2, lo que implica una dimensión típica de
1 m2 por transistor, con un detalle de los contornos del orden de los 100 nm. Esta
miniaturización ha permitido reducir componentes electrónicos voluminosos dando a lugar a
equipos portátiles, que de otra manera no se emplearían (radios personales, notebooks,
teléfonos celulares, etc.) con un panorama de aplicaciones increíble.

 ¿Y qué tal si lográramos reducir máquinas enteras?
 Se podrían construir, por ejemplo, pequeños dinamómetros (sensores de fuerza) que colocados
 en las patas de una cucaracha nos permitirían entender cómo efectúa y distribuye las fuerzas
para lograr un desplazamiento tan eficiente en superficies no horizontales. Esta información
 nos llevaría eventualmente a construir nuevos dispositivos mecánicos en la escala humana para
 simular las técnicas de desplazamiento de estos insectos. También se podría armar, en
dimensiones muy reducidas, un dispositivo ubicado en el cuerpo de un paciente ("lab on chip"),
 que analizara su sangre y que, en función de los resultados, inyectara fármacos en las dosis
 adecuadas, y hasta podría enviar una señal de alerta para que el paciente fuera atendido de
urgencia. Estas máquinas funcionarían en definitiva como pequeños robots que nos permitirían
la realización de un conjunto de tareas hasta hoy inaccesibles en un mundo de escala
 micrométrica.

La miniaturización de máquinas electromecánicas o MEMS ya es una realidad de nuestros días.
Efectivamente, estos microdispositivos ya se emplean para la realización de acelerómetros,
presentes en los airbags de los autos para determinar el momento justo en que se produce un
choque y disparar así el mecanismo de inflado de las bolsas. Este mismo tipo de MEMS se emplean
como elementos de navegación, particularmente en la industria aeroespacial, pero también se
 prevén aplicaciones como sensores de presión, temperatura y humedad. Se los ha incorporado en
marcapasos, para sensar la actividad física del paciente y modificar su ritmo cardíaco. Para
evitar falsificaciones de firmas, se ha pensado incorporar estos acelerómetros en lapiceras. De
 esta manera, no sólo estaría registrado el trazo particular de la firma sino también las
 velocidades y aceleraciones que le imprimió la mano a la lapicera mientras se firmaba, lo cual
 haría mucho más difícil su falsificación. También se emplean MEMS en los cabezales de las
 impresoras de chorro de tinta, produciendo la evaporación controlada de la tinta en el momento
 justo, y gracias a la entrega localizada de calor. Además de la ventaja del tamaño de estos
 dispositivos está el hecho de que se los puede fabricar de a miles abaratando notablemente su
costo de fabricación.

    Los MEMS, como toda nueva tecnología, han tenido un impacto importante a la hora de
favorecer el acceso a nuevo conocimiento científico. Este es el caso de la llamada óptica
adaptable. La luz de los objetos astronómicos que llega a los telescopios terrestres pasa
necesariamente a través de la atmósfera, variando su camino óptico por las variaciones de
densidad del aire y de temperatura. Como resultado se obtiene una imagen borrosa, con mala
resolución angular. Para evitar este problema, una solución costosa es la de ubicar los
telescopios en el espacio (como es el caso del Hubble). Otra solución menos costosa e
interesante por su capacidad de emplear telescopios grandes, no limitados por las dimensiones
que se pueden manejar en los transportes espaciales, es la que aportó el desarrollo de espejos
cuya superficie se deforma mediante MEMS, corrigiendo las distorsiones que produce la atmósfera
terrestre.

    Otra aplicación científica de los MEMS fue la realización de instrumentos de medición
 de fuerzas entre dos objetos cuyas superficies se encuentran a distancias submicrométricas
(< 1um). Uno de los objetivos era poner en evidencia posibles desviaciones de la ley de
gravitación universal respecto de la ley establecida por Newton, como predicen algunos modelos
teóricos. Según estosmodelos, estas desviaciones se podrían hacer más evidentes cuanto menor
sea la distancia entre los objetos. El problema es que a cortas distancias también aparecen
otras interacciones, como la que surge del llamado efecto Casimir. Este efecto, ligado a la
aparición de una fuerza atractiva entre objetos conductores, cuyo origen se relaciona con una
propiedad cuántica (oscilaciones de punto cero), se manifiesta principalmente a distancias
nanométricas y depende de la geometría de los objetos en cuestión. Los MEMS han aportado las
herramientas para evaluar estas fuerzas y corroborar las leyes y sus desviaciones en un rango
de distancias hasta ahora no explorado.

Raiza Pernia
CI. V.-17.528.555
CRF

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