Sensori Mems: per le superfici soggette a vibrazioni

della Redazione

La proliferazione dei sensori sta avendo una grande influenza in tutti gli aspetti del mondo della Sicurezza. Stiamo assistendo a una varietà di declinazioni per poter interagire con l’impianto di allarme, proiettando il core business delle applicazioni connesse nell’ambito dell’IoT. Al centro dell’evoluzione dell’industria dei sensori, i MEMS guidano l’innovazione per applicazioni dedicate alle superfici soggette a vibrazioni.

Abbiamo visto diverse applicazioni della tecnologia Mems. Quali sono gli scenari futuri?

Risponde Daniele Marcialis, Marketing Director Politec

In vista della digital transformation e della corsa alle applicazioni più adatte alle Smart City che identificano città intelligenti, case intelligenti, applicazioni automotive e dispositivi portatili per il monitoraggio della salute umana, IoT…è bene pensare anche a sensori intelligenti. Le tecnologie Smart City integrano e analizzano enormi quantità di dati per anticipare, mitigare e persino prevenire molti problemi. Questi dati vengono utilizzati, ad esempio, per ridisegnare intelligentemente il traffico e ridurre gli incidenti stradali, individuare i punti caldi della criminalità e ottimizzare le risorse per la riduzione dei crimini e collegare i cittadini al lavoro o all’esterno della città. I sensori perimetrali intelligenti diventeranno una modalità di vita standard, incorporando sistemi avanzati di automazione per fornire agli occupanti un controllo intelligente ed una vera e propria prevenzione di qualunque forma di intrusione. www.politecsrl.it

La tecnologia Mems da diversi anni si è imposta sullo scenario della microelettronica come tecnologia rivoluzionaria che ha segnato una diversa evoluzione rispetto alle altre tecnologie usate dagli altri sensori, in quanto ha portato la dimensione meccanica allo stesso livello di quella microelettronica. I sensori sono stati i primi a godere di un grosso vantaggio da questa tecnologia, tanto da elevare i Mems al livello di tecnologia univoca nell’innovazione dei prossimi anni. Mems è stata riconosciuta da tutti come la tecnologia più rivoluzionaria del ventunesimo secolo, in quanto è stata capace di modificare in maniera innovativa gli standard progettuali dei sistemi elettronici e informatici grazie alle sue peculiarità uniche, che hanno portato a livello nanometrico funzionalità elettromeccaniche prima implementabili solo con tecnologie elettrotecniche. Queste caratteristiche sono: a) dimensioni compatibili con quelle della microelettronica; b) consumi di potenza elettrica ridottissimi; c) costi molto bassi; d) facilità di integrazione con vari sistemi. Difatti, per via delle sue dimensioni ridotte, la tecnologia Mems si presta a numerose integrazioni di sistema, che portano gli apparati ad essere funzionalmente omnicomprensivi, cioè dotati delle necessarie funzionalità analogiche e digitali che consentono di integrare in un unico dispositivo tutto quanto serve a interfacciarsi verso il microcontrollore host.

I SENSORI NELLE APPLICAZIONI

I sensori sono stati la prima applicazione pratica della tecnologia Mems, in quanto i più comuni sensori usati nelle applicazioni, soprattutto quelli di automazione, erano di natura elettromeccanica (sensori di pressione, di movimento, acustici, ecc.). I sensori accelerometri – conosciuti meglio come sensori di movimento – sono quelli che hanno subito uno sviluppo gigantesco nella tecnologia Mems, anche grazie a campi applicativi di natura prettamente “to consumer” che ne hanno sollecitato l’applicazione in ampi volumi in particolar modo per adempiere a funzioni d’utilità, come l’inclinometro finalizzato al controllo dell’orientamento dell’immagine sui display dei device. Non dimentichiamoci i numerosi campi applicativi dove i volumi delle applicazioni erano elevati, come il settore del fitness ed il medicale ed il monitoraggio dell’ambiente, che hanno stimolato lo sviluppo in tecnologia Mems di sensori biometrici, chimici, fisiologici, ecc. (sensori ottici per la registrazione e misurazione del battito cardiaco, i sensori di gas, i sensori di luce e via di seguito).

MEMS PER IL PERIMETRALE

Alcuni produttori di protezioni perimetrali si sono impegnati nello sviluppo di sensori innovativi usando la tecnologia Mems, aprendo campi applicativi prima inimmaginabili sia in campo industriale, sia in campo residenziale. La componente di innovazione più importante per i sensori Mems è relativa all’integrazione. Questi sensori, supportati da una tecnologia evolutiva, auto apprendono dalle sollecitazioni che registra la recinzione su cui vengono installati. Con questa possibilità, che si tratti di un box, una rete metallica o una recinzione, il sensore non ha problemi ad escludere determinate tipologie di eventi per eliminare i falsi allarmi. Nel nostro paese chi ha cancellate, inferriate o altro, per delimitare la proprietà non sempre dispone di un sistema di protezione perimetrale. Con questo accade spesso di subire non tanto dei furti, quanto dei danni materiali, per giunta particolarmente onerosi da sistemare (basti pensare ai costi per rifare delle inferriate). I sensori per la protezione di recinzioni servono a questo: ad evitare in modo preventivo anche i danni in quanto, già al primo movimento, fanno partire il segnale di allarme. Negli ultimi anni infatti il livello di integrazione dei sensori Mems è aumentato in maniera esponenziale, con soluzioni di integrazione che hanno portato su un unico dispositivo funzionalità importanti come il microcontrollore, il sottosistema di comunicazione wireless, la memoria, i front end analogici, e tutti i necessari componenti di contorno, rendendo in tal modo il sensore disponibile in un package direttamente integrabile nell’applicazione in maniera economica ed ergonomica.

NUOVE SFIDE

Ci sono molte sfide da tener conto nella progettazione di sensori per recinzioni, in particolare il fattore di forma che deve essere il più piccolo possibile, la bassa dissipazione di potenza, le elevate prestazioni in diversi campi applicativi e la robustezza della struttura complessiva. Anche il basso consumo energetico non è un dato da sottovalutare: i sensori wireless sono già dotati di batterie con un’autonomia di tre anni (tenendo conto che possono essere sollecitati da 3.000 allarmi quotidiani). Altra sfida riguarda i sensori perimetrali per recinzioni, che combinano elementi logici e strutture meccaniche in un singolo chip e sono in grado di rilevare l’accelerazione lineare, la velocità rotazionale, la pressione o i movimenti: presentano infatti qualche elemento di debolezza, in quanto questi segnali vengono elaborati o amplificati dall’elettronica integrata e distribuiti attraverso un’interfaccia analogica o digitale.