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Conoce las diversas herramientas para simular sistemas MEMS

Conocer las funcionalidades que ofrecen diversas herramientas de modelación de sistemas es un hecho obligatorio para los diseñadores de esta clase de hardware.

ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas

Hoy en la actualidad si pensamos en tecnologías desarrolladas a nivel microscópico es imposible no mencionar a Richard Feynman.

 

Este gran físico ganador del premio Nobel fue hasta sus últimos días un gran divulgador de la ciencia y tecnología. Fue en la reunión de la Sociedad Americana de Física de la Costa Este de 1959, en la que el físico hablo sobre almacenar el conocimiento humano acumulado hasta entonces (en los libros) en un pequeño cubo de apenas dos centésimas de pulgada de lado.

Este trabajo convirtió a Feynman en el “padre de la nanotecnología”, esto a pesar del escepticismo y la incredulidad que estuvieron presentes entre los especialistas de aquella época. Incluso, antes de la década de los 80’s uno de sus artículos publicados en el año de 1959 apenas recibió unas cuantas citas. Hoy en día, el diseño de micromáquinas es una realidad y a estas se le denominan tecnologías MEMS.

El conjunto de tecnologías MEMS está conformado por una serie de técnicas de micro-miniaturización integrada de elementos eléctricos, mecánicos, ópticos y biológicos. El término MEMS es un acrónimo de Microsistemas Electromecánicos en el idioma inglés (Micro-Electro-Mechanical Systems) y se adoptó oficialmente en el año de 1989 en Estados Unidos por parte del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) para referirse a los dispositivos con dimensiones entre 1 micrómetro y 1 milímetro.

En la actualidad existen diversas herramientas que permiten ayudar a diseñar sistemas MEMS.
   

En la actualidad se encuentran muchas herramientas computacionales para la simulación y diseño de micromáquinas. El modelado y simulación lo podemos segmentar de la siguiente manera:

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Modelado a nivel de sistema dinámico: Este esquema modela a la micromáquina matemáticamente con modelos de orden reducido (Ecuaciones diferenciales ordinarias lineales y no-lineales) o modelos de parámetros concentrados (Ecuaciones diferenciales en derivadas parciales con funciones no-lineales).

Esta aproximación captura y muestra las principales características físicas del MEMS y proporciona un método rápido para simular computacionalmente al dispositivo. Esta orientación permite diseñar sistemas de control y habilita la posibilidad de realizar un diseño en el dominio tiempo así como en el dominio complejo.

Modelado mediante elemento finito: Este enfoque tiene su origen en el diseño mecánico. Es la parte o fragmento que se simula mediante la división en varios elementos discretos o mallado. Cada elemento del mallado tiene un número determinado de nodos y esquinas en las cuales interactúa estructuralmente con sus elementos vecinos.

El uso de algunas herramientas permite obtener resultados más reales que los generados por ecuaciones diferenciales.
   

Este esquema permite la simulación de situaciones físicas tales como gradientes de temperatura, diferencia de potencial eléctrico, cargas mecánicas y dinámica de fluidos, por mencionar algunos. Muchas de las ocasiones, esta visión permite obtener resultados más reales que los generados por ecuaciones diferenciales. La desventaja del elemento finito es que requiere una gran capacidad de cómputo y en ocasiones tal exigencia limita la simulación de un sistema complejo.

Dentro de las herramientas de diseño y simulación de MEMS por medio cómputo podemos mencionar las siguientes:

  • Simulink-Matlab
  • Spice
  • Ansys Multiphysics
  • Autodesk Algor
  • Comsol Multiphysics
  • Mems Pro
  • Mems Xplorer
  • CoventorWare
  • IntelliSuite
  • Simulia Abaqus

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