MEMS sta per Micro Electro-Mechanical Systems, con riferimento a sistemi di macchine funzionali con componenti misurati in micrometri. I MEMS sono spesso visti come un trampolino di lancio tra le macchine convenzionali su macroscala e le nanomacchine futuristiche. I precursori MEMS sono in circolazione da un po’ di tempo sotto forma di microelettronica, ma questi sistemi sono puramente elettronici, incapaci di elaborare o emettere nient’altro che una serie di impulsi elettrici. Tuttavia, le moderne tecniche di fabbricazione di MEMS si basano in gran parte sulla stessa tecnologia utilizzata per produrre circuiti integrati, ovvero tecniche di deposizione di film che utilizzano la fotolitografia.
Considerata in gran parte una tecnologia abilitante piuttosto che fine a se stessa, la fabbricazione di MEMS è vista da ingegneri e tecnologi come un altro gradito progresso nella nostra capacità di sintetizzare una gamma più ampia di strutture fisiche progettate per svolgere compiti utili. Più spesso menzionato in combinazione con MEMS è l’idea di un “lab-on-a-chip”, un dispositivo che elabora piccoli campioni di una sostanza chimica e restituisce risultati utili. Ciò potrebbe rivelarsi abbastanza rivoluzionario nell’area della diagnosi medica, dove l’analisi di laboratorio comporta costi aggiuntivi per la copertura medica, ritardi nella diagnosi e scartoffie burocratiche.
I MEMS sono fabbricati in due modi: o tramite microlavorazione superficiale, in cui strati successivi di materiale vengono depositati su una superficie e quindi incisi per dare forma, o tramite microlavorazione in massa, in cui il substrato stesso viene inciso per produrre un prodotto finale. La microlavorazione superficiale è più comune perché si basa sui progressi dei circuiti integrati. Uniche per i MEMS, le tecniche di deposizione a volte lasciano dietro di sé “strati sacrificali”, strati di materiale destinati a essere dissolti e lavati via alla fine del processo di fabbricazione, lasciando una struttura rimanente. Questo processo consente a un dispositivo MEMS di avere una struttura complessa in 3 dimensioni. Sono stati fabbricati vari ingranaggi, pompe, sensori, tubi e attuatori in microscala e alcuni di essi sono già integrati nei prodotti commerciali di uso quotidiano.
Esempi dell’uso moderno dei MEMS includono stampanti a getto d’inchiostro, accelerometri nelle automobili, sensori di pressione, ottica ad alta precisione, microfluidica, monitoraggio di singoli neuroni, sistemi di controllo e microscopia. Attualmente non esiste un sistema di macchine produttive su microscala nell’ordine delle linee di assemblaggio produttive su macroscala, ma sembra che l’invenzione di un tale dispositivo sia solo una questione di tempo. La prospettiva di produrre con MEMS è entusiasmante perché gli array di tali sistemi che lavorano in tangente potrebbero essere sostanzialmente più produttivi dei sistemi su macroscala che occupano lo stesso volume e consumano la stessa quantità di energia. Una limitazione importante, tuttavia, sarebbe che i prodotti su macroscala costruiti con sistemi di macchine su microscala dovrebbero essere composti principalmente da blocchi prefabbricati in microscala.