Microtecnología para niños

La microtecnología es una rama de la tecnología que se dedica a crear y manipular cosas muy, muy pequeñas. Hablamos de objetos con características cercanas a un micrómetro, que es una millonésima parte de un metro (¡imagina dividir un metro en un millón de pedacitos!).

Esta tecnología se enfoca en cómo funcionan los materiales a escalas diminutas y cómo podemos fabricar estructuras tan pequeñas. Ha cambiado muchos campos de la ciencia y la ingeniería. En la medicina, por ejemplo, ha permitido crear herramientas y sistemas que son increíblemente precisos para diagnosticar y tratar enfermedades. Gracias a ella, podemos monitorear el cuerpo en tiempo real, llevar medicamentos a lugares específicos y hacer procedimientos con mucha exactitud.

¿Cómo se desarrolló la microtecnología?

Alrededor de 1970, los científicos descubrieron algo asombroso. Se dieron cuenta de que si ponían muchísimos transistores (que son como pequeños interruptores electrónicos) en un solo chip, podían crear circuitos electrónicos mucho mejores. Estos circuitos eran más potentes, hacían más cosas, eran más confiables y, además, ¡más baratos de producir en grandes cantidades! Esto fue el inicio de la revolución de la información, que nos trajo las computadoras y los teléfonos inteligentes.

Más tarde, los científicos aprendieron que no solo los aparatos eléctricos podían hacerse pequeños. También podían miniaturizar y fabricar en masa dispositivos mecánicos. Esto prometía los mismos beneficios para el mundo de las máquinas que los circuitos integrados dieron al mundo eléctrico. Mientras que la electrónica nos da el "cerebro" de los sistemas, los dispositivos micromecánicos pueden ser los "sentidos" y "músculos" (como sensores y actuadores) que nos conectan con el mundo real.

Hoy en día, los dispositivos micromecánicos son clave en muchos productos. Los encontramos en las bolsas de aire de los coches, en las impresoras de chorro de tinta, en los monitores de presión arterial y en los sistemas de proyección. Es muy probable que en el futuro cercano estos dispositivos sean tan comunes como la electrónica. La tecnología ha avanzado tanto que ahora se pueden crear circuitos con dimensiones aún más pequeñas, ¡menos de 20 nanómetros!

Procesos de fabricación de microtecnología

Para fabricar productos microtecnológicos, se usan varios métodos. Uno de ellos es el procesamiento por separación de partículas. Para esto, se usan máquinas muy precisas que pueden cortar, taladrar, fresar o pulir materiales con una exactitud increíble. Las herramientas suelen ser de diamante natural y pueden ser tan finas como un cabello. Con estos métodos, se pueden hacer piezas muy complejas, como lentes ópticas o rodamientos de precisión.

Otro proceso importante es el LIGA, que combina varias técnicas: litografía (usar luz para dibujar patrones), conformado galvánico (usar electricidad para depositar metal) y moldeado. Este método es ideal para producir en grandes cantidades piezas muy pequeñas, como partes de micromotores, microengranajes o dispositivos microópticos. El tamaño de estas piezas puede ir desde unos pocos micrómetros hasta unos pocos milímetros.

También se usa el microprensado, especialmente el prensado por microinyección. Con este método, se pueden obtener piezas individuales que pesan muy poco, ¡apenas 0.0008 gramos! Esto significa que un kilogramo puede contener 1.25 millones de estas piezas. En la micromecánica, a menudo se unen varias piezas diferentes, hechas de distintos materiales (plásticos, cerámicas, metales, vidrio). Por eso, son muy importantes las técnicas para unirlas, como el micropegado, la microsoldadura y la soldadura láser.

¿Qué son los sistemas microelectromecánicos (MEMS)?

Una oblea de silicio grabada, usada para fabricar microdispositivos.

El término MEMS (Sistemas Microelectromecánicos) se empezó a usar en los años 80. Se refiere a sistemas mecánicos muy avanzados que se construyen en un chip, como pequeños motores, resonadores o engranajes. Hoy en día, MEMS se usa para cualquier dispositivo microscópico con una función mecánica que se pueda fabricar en grandes cantidades. En Europa, a veces se prefiere el término MST (Tecnología de Microsistemas), y en Japón se les llama "micromáquinas". Todos estos términos se refieren a cosas muy similares y a menudo se usan indistintamente.

Existen miles de procesos diferentes para fabricar MEMS. Algunos crean formas sencillas, mientras que otros permiten hacer formas 3D más complejas. Por ejemplo, una empresa que fabrica acelerómetros para las bolsas de aire de los coches necesita un diseño y un proceso muy distintos a los de un acelerómetro para navegación.

La tecnología MEMS ha generado mucho entusiasmo porque permite crear productos con un rendimiento y una confiabilidad que antes eran imposibles. En un mundo donde todo debe ser más pequeño, más rápido y más barato, MEMS ofrece una solución muy buena. Ya ha tenido un gran impacto en aplicaciones como los sensores de automóviles y las impresoras de inyección de tinta. La industria de MEMS ya mueve miles de millones de dólares y se espera que crezca mucho en el siglo XXI.

La microtecnología a menudo se construye usando fotolitografía. En este proceso, se enfoca luz a través de una máscara sobre una superficie. Esto endurece una capa química. Las partes blandas de la capa que no fueron expuestas a la luz se quitan. Luego, un ácido graba el material que no está protegido.

El éxito más conocido de la microtecnología es el circuito integrado. También se ha usado para construir micromáquinas. Como una rama de los investigadores que buscan hacer la microtecnología aún más pequeña, surgió la nanotecnología en los años 80. Esta se enfoca en materiales y estructuras que miden entre 1 y 100 nanómetros.

¿Cómo se usa la microtecnología en la medicina?

La microtecnología ha tenido un impacto muy importante en la medicina. Permite crear herramientas extremadamente precisas y pequeñas, lo que mejora la exactitud y la eficacia de los tratamientos médicos.

Dispositivos de diagnóstico

• Sensores Microelectromecánicos (MEMS): Son dispositivos muy pequeños que pueden detectar cambios físicos como la presión, la temperatura o la presencia de ciertas sustancias. Se usan en monitores de glucosa, sensores de presión arterial y sistemas para analizar fluidos del cuerpo. Permiten monitorear la salud de forma continua y en tiempo real.
• Microcámaras: Son cámaras diminutas que se integran en endoscopios y otros aparatos médicos. Permiten ver el interior del cuerpo con mucho detalle, como en la endoscopia, sin necesidad de procedimientos muy invasivos.

Terapias y tratamientos

• Microesferas y Nanopartículas: Son partículas muy pequeñas que pueden llevar medicamentos y dirigirlos a zonas específicas del cuerpo. Se usan para liberar medicamentos de forma controlada, lo que permite una administración más precisa y reduce los efectos no deseados.
• Microbots y dispositivos implantables: Son robots y aparatos extremadamente pequeños que se pueden implantar en el cuerpo o introducir con procedimientos poco invasivos. Pueden liberar medicamentos en lugares específicos, monitorear signos vitales y realizar pequeñas intervenciones.

Diagnóstico y monitoreo en tiempo real

• Sistemas de monitoreo continuo: Son dispositivos que usan microtecnología para medir parámetros del cuerpo de forma constante. Incluyen monitores de glucosa implantables y sensores de presión. Estos sistemas ayudan a detectar problemas de salud a tiempo y a ajustar los tratamientos rápidamente.
• Chips de diagnóstico: Son chips microelectrónicos que pueden hacer varias pruebas de diagnóstico con una sola muestra de fluidos corporales. Se usan para detectar enfermedades rápidamente y para analizar biomarcadores complejos.

Microcirugía y procedimientos mínimamente invasivos

• Instrumentos de microcirugía: Son herramientas quirúrgicas diseñadas para hacer procedimientos a escalas micrométricas con gran precisión. Se usan en cirugías de ojos, neurocirugía y otras especialidades donde se necesita mucha exactitud para no dañar tejidos delicados.
• Técnicas de imágenes avanzadas: Son técnicas que usan microtecnología para mejorar la calidad y precisión de las imágenes médicas. Incluyen resonancias magnéticas de alta resolución. Mejoran la capacidad de diagnosticar y tratar condiciones con gran exactitud.

Avances en biomateriales

• Microestructuras para ingeniería de tejidos: Son biomateriales con estructuras a escala micrométrica que se usan para cultivar células y tejidos artificiales. Se emplean para crear soportes donde las células pueden crecer y para regenerar tejidos dañados, así como en implantes que el cuerpo acepta bien.
• Microelectrodos: Son electrodos diminutos que se usan para estimular o registrar señales eléctricas en tejidos biológicos. Se utilizan en dispositivos de estimulación muscular y en la investigación del cerebro para entender mejor su actividad y las enfermedades relacionadas.

Artículos construidos a nivel microscópico

Los siguientes elementos se han construido a una escala de 1 micrómetro usando fotolitografía:

• Electrónica:
  • Alambres
  • Resistencias
  • Transistores
  • Válvulas termiónicas
  • Diodos
  • Sensores
  • Condensadores
• Maquinaria:
  • Motores eléctricos
  • Engranajes
  • Palancas
  • Cojinetes
  • Bisagras
• Lógica fluídica:
  • Válvulas
  • Canales
  • Bombas
  • Turbinas

Motores fabricados con microtecnología

Los motores fabricados con microtecnología, también llamados microactuadores, son dispositivos muy pequeños que transforman la energía en movimiento mecánico a una escala microscópica. Son un gran avance en la miniaturización y precisión de los actuadores, permitiendo crear aparatos más eficientes, compactos y exactos en muchas industrias y productos que usamos. Algunas de sus características principales son:

• Tamaño reducido: Son extremadamente pequeños, midiendo micrómetros o milímetros. Esto permite integrarlos fácilmente en sistemas y dispositivos electrónicos miniaturizados.
• Alta precisión: Gracias a su tamaño diminuto, estos motores pueden controlar el movimiento con una exactitud excepcional. Son perfectos para aplicaciones que necesitan ajustes muy finos.
• Bajo consumo de energía: La microtecnología permite diseñar motores que usan muy poca energía, lo cual es vital para dispositivos portátiles, sensores y otros aparatos que funcionan con baterías.
• Rapidez en la respuesta: A pesar de su tamaño, los motores microtecnológicos pueden responder de forma rápida y eficiente. Esto es clave para sistemas de enfoque automático en cámaras o para pequeños robots.
• Diversidad de materiales y métodos de fabricación: Se pueden hacer con varios materiales, como plásticos, metales y cerámicas. Los métodos de fabricación incluyen técnicas avanzadas como la litografía o el electroformado.
• Aplicaciones multifacéticas: Se usan en muchos campos, desde la medicina (para dispositivos implantables y herramientas quirúrgicas) hasta la electrónica de consumo (en teléfonos móviles y cámaras digitales) y la industria automotriz (en sistemas de control).

Galería de imágenes

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  Una oblea de silicio grabada, usada para fabricar microdispositivos.

Véase también

En inglés: Microtechnology Facts for Kids

• Microfabricación
• Categoría:Fabricación de dispositivos semiconductores
• Categoría:Nanotecnología