Electricidad y Electrónica

Capítulo 19
Sistemas microelectromecánicos
(MEMS)
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Engranajes microscópicos de silicona,
fabricados por los Laboratorios Naciona-
les Sandia, un organismo militar (véase el
símbolo del águila) en Albuquerque, Esta-
dos Unidos. El mayor mide 0,4 mm de diá-
metro, y cada diente, 20 micrones, menos
del grosor de un cabello. Se los fabrica
con técnicas ópticas, de rayos X, y quími-
cas, semejantes a las empleadas en la ela-
boración de circuitos integrados. 
Los pequeños hoyos provienen de golpes
de planchado, para que las ruedas  per-
manezcan planas, y no se desengranen.
l
Abajo, un mecanismo elaborado con un material más reciente, la si-
licona planarizada, cuya estructura molecular no requiere planchado.
Cada vez que una de las piezas alargadas recibe una señal eléctrica,
se adelanta por atracción electrostática, y cuando la tensión desapa-
rece, vuelve a su sitio, por elasticidad. Cada pulso hace avanzar un
diente, en una bomba que usa la industria farmacéutica para dosificar
volúmenes microscópicos de líquidos. Las imágenes se obtuvieron con
la técnica de barrido electrónico, porque la longitud de onda de la luz
visible es demasiado grande, en comparación con los detalles de las
piezas, los que saldrían borrosos en una fotografía óptica. Los meca-
nismos acompañan la tendencia a la miniaturización ya conocida en
los componentes y circuitos electrónicos, y tienen cada vez más apli-
caciones útiles y pacíficas; en inyectores de tinta de impresoras, me-
didores de presión arterial, detectores de vibraciones, y pantallas con
piezas móviles que hacen girar diminutos espejos muchas veces por
segundo, desvían la luz y forman las imágenes. 
1   
Del inglés, micro electromechanical systems.
E
LECTRÓNICA
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La escala pequeña
En el primer capítulo mencionamos los prefijos que indican los múltiplos y
submúltiplos de las unidades físicas, entre ellos micro y nano. Aunque en griego
micro es pequeño, esa palabra significa, como prefijo, la millonésima parte de la
unidad. Nano, por otra parte, es enano en latín; pero, en el sentido técnico, es la
milmillonésima parte de la unidad. 
Cuando en el ambiente tecnológico se utiliza la palabra micro, generalmente,
se quiere significar algo pequeño,
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sin que importe exactamente su tamaño, y ni
siquiera su orden de magnitud. En cambio, cuando se dice nanotecnología se hace
referencia, específicamente, a tamaños del orden de un nanómetro, o la milloné-
sima parte de un milímetro. Esa longitud es quinientas veces más pequeña que
una onda de luz; entonces, no podemos ver, directamente y con luz visible, objetos
nanotecnológicos, cuyo tamaño es el de pocas decenas de átomos.
Lo pequeño funciona de modo diferente a como lo
hace lo más grande, aunque en un caso y el otro valgan
las mismas leyes físicas. Entre los muchos fenómenos
que ocurren, hay algunos que se manifiestan en diversa
medida, de acuerdo con el tamaño de los objetos. 
Por ejemplo, un incendio en un bosque o en una
mina de carbón puede durar meses encendido; un bra-
sero, horas; en cambio un ascua se apaga en menos de
un segundo.
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Un flan pequeño, cuando se lo desmolda,
se mantiene erguido y firme sobre su base, mientras que
uno grande se aplasta y esparce en el plato por su propio peso. Una paloma puede
desprenderse de sus excrementos mientras vuela, no así una mosca, que los adhiere
a un objeto fijo. Las bacterias magnetotácticas mencionadas en el capítulo 7 dis-
tinguen el arriba del abajo mediante un órgano magnético; ya que en su pequeño
E l e c t r i c i d a d   y   e l e c t r ó n i c a
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Sistemas 
microelectromecánicos 
(MEMS)
Contacto  de  oro  de
50  nanómetros  de
diámetro,  cubierto
con 6 attogramos de
azufre. (Imagen pro-
cesada  por  Craig-
head  Group,  Cornell
University).
l
l
La tensión superficial sólo
sostiene cuerpos pequeños
sobre  el agua, porque tie-
nen mucha  área  por  cada
miligramo de masa. 
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Por ejemplo, un microinterruptor, o micro-switch, es un interruptor muy pequeño, pero no tanto como un micrón. Re-
ciben ese nombre interruptores de un centímetro de tamaño, o más, y cuyos contactos, cuando abren y cierran un cir-
cuito, recorren una distancia del orden de un milímetro.
3
Por eso no hay animales homeotermos, también llamados de sangre caliente, de menos de un centímetro; porque para
mantener su temperatura quemarían el alimento en menos tiempo del necesario para conseguirlo, y aun ingerirlo.
Prefijos de múltiplos y
submúltiplos.  La  ter-
cera columna da una
pista  mnemotécnica
para recordar los me-
nos usuales. Por ejem-
plo, tera se parece a
tetra, cuatro, y como
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 4 = 12, un teraohm
equivale a 10
12 
. Los
símbolos van en ma-
yúscula a partir de me-
ga. 
(1)  Femto y  atto signifi-
can  quince  y  dieciocho
en  danés.  Las  introdujo
el físico Niels Bohr, estu-
dioso  del  átomo,  cuyo
núcleo mide, aproxima-
damente, un femtometro.
l
Prefijo Sim
bolo
Factor    Mnemo
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tamaño de un micrón, no funcionaría un órgano basado en la gravedad de un lí-
quido, como nuestro oído medio, que nos provee esa orientación a los animales
mayores.
Entonces, la micromecánica y la nanomecánica van más allá de la disminución
del tamaño de mecanismos mayores de eficacia conocida. Si sólo se redujese la es-
cala, sin ningún otro cambio, aparecería efectos (muchos de ellos inconvenientes)
que no se observan en la escala grande, y a veces ni se sospechan, como la adherencia
electrostática entre piezas, la dificultad para mantener diferencias de temperatura
entre dos puntos, la extraordinaria viscosidad de los líquidos (que, en gran cantidad,
parecen muy fluidos), el efecto del sonido en los mecanismos de engranajes peque-
ños, la adherencia del polvo e impurezas, y la condensación de la humedad, cuyas
pequeñas gotas pueden frenar por completo una rueda, o una palanca.
En el diseño de MEMS se tienen presentes esos efectos de escala, y se conside-
ran sin necesidad de toparse con ellos por sorpresa, como quizás ocurrió en los co-
mienzos de esa tecnología.
El razonamiento básico se funda en que, cuando un cuerpo tiene un tamaño
doble que otro, su área es cuádruple; y su volumen, óctuple.
Las piezas muy pequeñas, de prototipos ensayados en una escala mucho mayor
que la de servicio, presentan muy disminuidas las propiedades de volumen, masa
y peso, en comparación con las de área, y con las de longitud. Por ejemplo, si se
confiaba en el peso de una parte, para que vuelva a su posición de reposo cuando
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S i s t e m a s   m i c r o e l e c t r o m e c á n i c o s
El físico italiano Gali-
leo  Galilei  fue  el  pri-
mero en notar las dife-
rencias de comporta-
miento de los objetos
de  diferente  tamaño.
El dibujo, trazado por
el investigador italia-
no en 1638, represen-
ta un hueso de ratón,
y  el  homólogo  de  un
caballo,  mucho  más
robusto. Si éste fuera
una mera ampliación,
el hueso se rompería,
porque  el  caballo  es
mil veces más pesado
que  el  ratón,  pero  el
área transversal de su
hueso  sería  apenas
cien veces mayor; y el
hueso estaría, por eso,
diez veces más esfor-
zado. Los MEMS, por
su pequeñez, son muy
robustos.
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Detalle  de  una  pata
de  mosca.  Los  pelos
eliminan cargas eléc-
tricas que capturarían
polvo.  Aun  así,  el  in-
secto  se  debe  frotar
patas, alas y cabeza,
para quitarse laborio-
samente   las partícu-
las,  tarea  innecesa-
ria para los animales
grandes. (Nature, di-
ciembre de 2007.) 
l
l
Arriba, un cubo de un metro de lado. Su volumen es de un
metro cúbico, y su área, de seis metros cuadrados. Si tuviera
la densidad del agua pesaría mil kg, y apoyado sobre su cara
inferior ejercería sobre el suelo una  presión de mil  kg  por
metro cuadrado.
l
Abajo, un cubo de dos metros de lado. Su volumen es de
ocho metros cúbicos, y su área, de veinticuatro metros cua-
drados. Si su densidad fuera la misma que la del cubo anterior,
pesaría ocho mil kg, y apoyado sobre su cara inferior, cuya
área es de cuatro metros cuadrados, ejercería sobre el piso
una presión de dos mil kg por metro cuadrado, el doble que
antes. Así entonces, sería bien posible que un cubo pequeño
se sostenga, mientras que uno grande, y del mismo material,
se desmoronara. Los cuerpos pequeños son más robustos, en
proporción, que los grandes.
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