MEMS (micro-electromechanical system) adalah mesin miniatur yang memiliki komponen mekanik dan elektronik. Dimensi fisik MEMS bisa berkisar dari beberapa milimeter hingga kurang dari satu mikrometer, ukuran yang jauh lebih kecil dari lebar sehelai rambut manusia.
Label MEMS digunakan untuk menggambarkan kategori perangkat mikromekatronik sekaligus proses yang digunakan dalam pembuatannya. Beberapa MEMS bahkan tidak memiliki bagian mekanis, tetapi tetap diklasifikasikan sebagai MEMS karena mereka meminimalkan struktur yang digunakan dalam mesin konvensional, seperti pegas, saluran, rongga, lubang, dan membran. Karena beberapa perangkat MEMS mengubah sinyal mekanis menjadi sinyal listrik atau optik, mereka juga bisa disebut sebagai transduser. Di Jepang, MEMS lebih dikenal sebagai micromachine, sedangkan di Eropa lebih sering disebut sebagai microsystems technology (MST).
Bagaimana MEMS Dibuat
MEMS terdiri dari beberapa bagian, seperti mikrosensor, mikroprosesor, mikroaktuator, unit pemrosesan data, dan bagian yang dapat berinteraksi dengan komponen eksternal.
Berbeda dengan perangkat mekatronik konvensional, MEMS sering kali diproduksi menggunakan teknik fabrikasi batch yang sama seperti dalam pembuatan sirkuit terpadu (IC). Banyak produk MEMS komersial bahkan dikemas dan diintegrasikan dengan IC. Proses fabrikasi MEMS memungkinkan mikrosensor, yang mengumpulkan data, dan mikroaktuator, yang mengubah energi menjadi gerakan, untuk diintegrasikan dalam satu substrat.
Meskipun biaya produksi MEMS per unit tergolong rendah, pengemasannya bisa menjadi tantangan. Setiap MEMS harus dikemas dengan baik agar komponen listrik atau optiknya tetap terlindungi dari kontaminasi udara dan air, sekaligus tetap bisa berinteraksi dengan lingkungan sekitarnya dan mendukung gerakan.
Contoh Penerapan MEMS
Salah satu contoh MEMS yang sering digunakan sehari-hari adalah sistem system on a chip (SoC) yang secara otomatis menyesuaikan orientasi layar pada smartphone. Seiring dengan semakin kecilnya ukuran MEMS, konsumsi daya yang lebih rendah, dan biaya produksi yang lebih murah, teknologi ini diperkirakan akan berperan besar dalam pengembangan Internet of Things (IoT) dan otomasi rumah.
Beberapa aplikasi komersial MEMS lainnya meliputi:
- Sistem pemanas dan pendingin berbasis sensor untuk manajemen gedung.
- Array cermin mikro untuk sistem proyeksi definisi tinggi.
- “Smart dust” untuk mendeteksi perubahan lingkungan dalam manufaktur molekuler (nanoteknologi) di ruang bersih.
- Mikronozzel untuk mengontrol aliran tinta pada printer inkjet.
- Gyroscope, barometer, akselerometer, dan mikrofon mini untuk mendukung aplikasi seluler.
- Sensor tekanan sekali pakai untuk bidang kesehatan.
- Perangkat switching optik yang memungkinkan satu sinyal optik mengontrol sinyal optik lainnya.
Gambar di bawah ini menunjukkan contoh MEMS berupa pompa insulin sekali pakai yang dapat dikenakan, dirancang oleh Debiotech dan STMicroelectronics. Menurut Debiotech, chip ini terdiri dari tiga lapisan yang disusun bersama: sebuah pelat silikon pada insulator (SOI) dengan struktur pompa mikro, serta dua pelat penutup silikon dengan lubang tembus. Sebuah aktuator piezoelektrik pada chip ini menggerakkan membran dengan gerakan bolak-balik untuk mengompresi dan mendekomprsi cairan di dalam ruang pompa.
Sejarah MEMS
Konsep MEMS pertama kali muncul pada tahun 1980-an, tetapi infrastruktur desain dan manufaktur untuk mewujudkannya baru tersedia secara luas pada tahun 1990-an. Beberapa perangkat MEMS pertama yang diproduksi termasuk pengontrol airbag dan printhead inkjet. Pada akhir 1990-an, proyektor dengan cermin mikro berbasis MEMS mulai dikembangkan. Dukungan awal untuk penelitian MEMS banyak berasal dari Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).
Seiring waktu, mikrosensor berbasis MEMS digunakan dalam berbagai jenis sensor, termasuk sensor suhu, tekanan, medan magnet, dan radiasi. Dalam banyak kasus, sensor berbasis MEMS menawarkan kinerja yang jauh lebih efisien dibandingkan sensor konvensional yang lebih besar.
Saat ini, hampir setiap orang berinteraksi dengan MEMS setiap hari. Setiap mobil baru yang diproduksi dilengkapi dengan setidaknya 50 MEMS, yang merupakan komponen penting dalam berbagai sistem keselamatan wajib, termasuk airbag, kontrol stabilitas elektronik (ESC), dan sistem pemantauan tekanan ban (TPMS).
MEMS vs. NEMS
MEMS merupakan singkatan dari micro-electromechanical system, sedangkan NEMS adalah nano-electromechanical system. NEMS digunakan dalam nanoteknologi, yang memungkinkan manipulasi materi pada skala nanometer (sekitar tingkat atom atau molekul). Pendekatan “top-down” dalam nanoteknologi menggunakan perangkat dengan teknik serupa dengan MEMS. Meskipun sering dianggap sebagai teknologi yang berbeda, MEMS dan NEMS sebenarnya saling bergantung, karena teknologi MEMS sering menjadi dasar pengembangan NEMS. Contohnya, mikroskop ujung pemindaian (STM) yang dapat mendeteksi atom adalah salah satu bentuk perangkat MEMS.