Tương lai của MEMS và IoT

04:09 PM 09/10/2018 In bài viết

Image of a MEM and a ruler

Đã bao giờ bạn tự hỏi có bao nhiêu thành phần riêng lẻ tạo nên iPhone của bạn? Có gia tốc kế và con quay hồi chuyển để phát hiện chuyển động của điện thoại. Có cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất và cảm biến độ ẩm để đo môi trường của điện thoại. Sau đó, có cảm biến RFID, Bluetooth và WiFi để kết nối, cũng như micrô và loa cho âm thanh. Hầu hết các thành phần này là Micro-Electrical-Mechanical Systems (MEMS). Thiết bị MEMS là các máy có kích thước từ 1 micromet đến 1 milimet.

A photo of a small MEMS IoT application

Hoạt động của một bộ gia tốc MEMS

A gif demonstrating the functioning of a MEMS IoT device

Lực nhỏ, tác động lớn

Các thiết bị MEMS thường hoạt động tương tự như các thiết bị lớn hơn của chúng với một số khác biệt đáng chú ý. Số lượng thiết bị MEMS tuyệt đối có thể vừa với một thiết bị lớn hơn như điện thoại thông minh là một điểm khác biệt chính. Một loạt các cảm biến và các thiết bị MEMS khác có thể được đóng gói thành một điện thoại thông minh bỏ túi.

MEMS cũng rẻ hơn đáng kể so với các đối tác lớn hơn do quy trình sản xuất của chúng. MEMS không được gia công, nhưng được chế tạo bằng nhiều kỹ thuật tương tự được sử dụng để chế tạo mạch tích hợp và chất bán dẫn. Quá trình chồng chéo cho phép các nhà sản xuất tiến hành sản xuất MEMS theo lô mà không cần nhiều thiết bị mới.

Một điều thú vị về MEMS là cách mà các lực nhỏ tương tác khác nhau với các thiết bị nhỏ hơn bạn có thể mong đợi. Ví dụ, bạn đã thấy sức căng bề mặt của nước dường như vát nước ở rìa của ly uống của bạn. Nhưng bạn có biết rằng trong bối cảnh một số loại MEMS nhất định, sức căng bề mặt thực sự có thể khiến nước tự kéo thông qua các ống kính hiển vi không?

MEMS và IoT: Một tương lai chung?

Internet of Things (IoT) có thể tận dụng một số chức năng và lợi ích cốt lõi của MEMS. Các thiết bị MEMS có thể đáp ứng hiệu quả các yêu cầu của nhiều ứng dụng IoT:

1. Tiêu thụ điện năng thấp

IoT cảm biến và cổng thường được yêu cầu kết nối không dây với pin được hỗ trợ. Do chi phí cho mỗi đơn vị thấp, nên thay thế toàn bộ đơn vị thường rẻ hơn là lắp lại pin mới. Do đó, việc giảm sử dụng năng lượng sẽ kéo dài tuổi thọ của thiết bị. Một số MEMS phải đối mặt với các yêu cầu về năng lượng tương tự như các đối tác lớn hơn của chúng. Những thiết bị khác tận dụng các lực khác nhau trong điện từ hoặc động lực học chất lỏng để giảm mức sử dụng năng lượng của chúng mà không bị mất chức năng — ví dụ, xem xét trường hợp sức căng bề mặt truyền nước qua các đường ống nhỏ.

2. Kích thước dạng nhỏ

Người dùng thường muốn thiết bị IoT nhỏ và không phô trương trong cài đặt văn phòng và nhà riêng. MEMS theo định nghĩa không phô trương. Nhưng ngoài nhu cầu của người dùng, trong một số ứng dụng IoT, thiết bị có thể cần phải được thêm vào một máy hiện có  như một chiếc xe hơi, thường có chỗ trống hạn chế cho nhiều phần cứng hơn. Trong các trường hợp khác như thiết bị đeo được và các ứng dụng y sinh học, kích thước nhỏ là một yêu cầu quan trọng phải được đáp ứng. Do tính chất nhỏ của chúng, MEMS đáp ứng và vượt qua các yêu cầu này.

3. Hiệu quả chi phí

Khi triển khai một giải pháp IoT, quy mô thường là một mối quan tâm lớn. Ví dụ, khi đặt cảm biến để theo dõi thời tiết và độ ẩm trên một cánh đồng trang trại, sẽ cần phải có nhiều thiết bị hạt giống trong mỗi mẫu Anh. Hoặc xem xét giải pháp theo dõi nội dung trong đó có thể có số lượng nội dung cực kỳ lớn (và biến) cần được theo dõi. Trong các ứng dụng khác, chẳng hạn như vận chuyển, một thiết bị có thể chỉ sử dụng một lần. MEMS được thực hiện thông qua một quá trình gọi là quang khắc, giúp dễ dàng và tiết kiệm chi phí để sản xuất chúng với số lượng lớn.

Khi nhiều thiết bị và ứng dụng được thêm vào IoT, MEMS sẽ trở thành giải pháp khả thi hơn. Thật thú vị khi thấy cả hai công nghệ này sẽ phát triển và tác động lẫn nhau như thế nào.

Khôi Linh