Triunfan alumnos del Cidesi en concurso internacional
Por Susana Paz
México, DF. 27 de mayo de 2015 (Agencia Informativa Conacyt).- Por primera vez en México, estudiantes de posgrado del Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial (Cidesi) ganaron el primer lugar en la categoría educativa del concurso internacional 2015 MEMS University Alliance Design Competition, donde participaron siete universidades de Estados Unidos y dos instituciones mexicanas: Cidesi y el Instituto Politécnico Nacional (IPN).
El proyecto ganador es una caja musical denominada A MEMS Music Box, un dispositivo microelectromecánico (MEMS, por sus siglas en inglés) con una dimensión de 2.5 milímetros (mm) de largo y 1.5 mm de ancho, que reproduce la canción Cielito lindo.
El desarrollo estuvo a cargo de Salatiel García, estudiante de doctorado, y Javier López, alumno de maestría del posgrado interinstitucional en ciencia y tecnología del Cidesi, en conjunto con Efraín Cruz, de la Universidad del Valle de México, quien realiza sus prácticas profesionales en la instancia. El asesor académico fue el doctor Manuel Bandala Sánchez, gerente de MEMS en la Dirección de Sistemas Microelectrónicos del Cidesi.
El proyecto
“El sistema consiste en un pequeño motor y un juego de engranes, donde el engrane más grande tiene siete vigas; cada viga corresponde a una nota musical y cada una tiene la posibilidad de oscilar a una frecuencia que corresponde a la nota, por lo que se tiene una escala completa musical y, al accionar en secuencia cada una de las vigas se genera una nota, por lo que se puede producir una melodía”, explicó el asesor Manuel Bandala Sánchez.
Detalló que del lado izquierdo se aprecia un motor de tipo electrostático diseñado en el Cidesi, que ya está en trámite de registro de patente. El sistema tiene un engrane intermedio para mejorar la resolución en el movimiento del engrane principal (el de la derecha).
Agregó que el engrane de la derecha tiene siete vigas, cada una con diferente longitud. Cada viga tiene la capacidad de vibrar y cada vibración representa la frecuencia de una nota musical. Las vigas son actuadas electrostáticamente (o atraídas hacia abajo para que vibren) con un electrodo que se encuentra del lado derecho de toda la estructura.
Para que funcione el sistema se tiene que manipular el motor, hacer que el sistema de engranes mueva el engrane principal y posicionar la viga deseada sobre el electrodo. De esta forma se pueden generar melodías simples con esta escala musical. Bandala Sánchez detalló que la canción que reproduce es Cielito lindo, pero esta canción utiliza dos escalas musicales, por eso se usan dos dispositivos para lograr tocar la melodía.
“Este concurso está hecho para que sean los estudiantes quienes compitan, todo el diseño lo hicieron ellos al 100 por ciento, yo solamente colaboré como asesor, todo el mérito es de ellos. Ellos hicieron el diseño y ganaron. El estudiante líder pasó a exponer y su exposición fue de muy buen nivel técnico y académico, los organizadores nos felicitaron porque es la primera vez que una institución mexicana gana este concurso”, comentó.
| Operación del diseño de la caja musical MEMS que ejecuta el Cielito Lindo |
Qué es un MEMS y sus aplicaciones
Un MEMS (Micro Electro Mechanical System) es una tecnología que se refiere a los sistemas microelectromecánicos, que “básicamente son dispositivos mecánicos que están elaborados o fabricados a escala miniatura, son muy pequeños. Son elementos que se mueven mecánicamente, es decir, que pueden tener elementos como engranes, poleas, bisagras, cualquier cosa mecánica, que mide unos cuantos micrómetros, es decir, que están en escala de partes por millón”, explicó Bandala Sánchez.
El propósito de hacer estos dispositivos mecánicos tan pequeños, dijo el investigador, es fabricar sistemas que se puedan utilizar en la vida diaria. “La mayoría de los sensores MEMS que son comerciales son utilizados por todo el mundo, están en todos lados y mucha gente no lo sabe. Por ejemplo, un teléfono celular, el sistema que hace que cuando uno voltea el teléfono y rota la pantalla es un MEMS, el dispositivo que hace que uno se pueda orientar por GPS con brújula, es un MEMS; un micrófono también puede ser, porque ya no es un dispositivo ensamblado a mano, es un dispositivo fabricado con la tecnología de MEMS que es a base de procesos de deposición de materiales especiales, para que puedan construir geometrías que pueden funcionar y moverse de acuerdo a cada necesidad”, aseveró.
De acuerdo al especialista, estos dispositivos son relativamente nuevos; fue hace 20 años que surgieron los primeros y México ha comenzado a trabajar en esta área de investigación desde hace unos ocho años, a través de varias instituciones, entre ellas el Cidesi, que tiene convenios de colaboración con la Universidad Veracruzana (UV), el IPN, la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), el Centro Nacional de Metrología (Cenam), la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez (UACJ), entre otras instituciones que se dedican al diseño y modelado de estos dispositivos.
“Como son elementos electromecánicos, tienen partes mecánicas y partes eléctricas, por lo que son muy complejos. En términos de ingeniería, el background que se necesita para poder entender estos dispositivos es muy amplio, tienes que ser o ingeniero mecánico, electrónico o mecatrónico, o saber de todo un poco”, manifestó.
Explicó además que los MEMS son parecidos a los chips en cuanto a su forma: “Usualmente los microchips, que son microcircuitos, los entendemos como un sistema electrónico al 100 por ciento, donde hay muchos transistores haciendo una función, desde el elemento que hace una operación de una calculadora, hasta el procesador de una computadora; los MEMS se fabrican con los procesos de manufactura similares al de los circuitos integrados, pero la particularidad es que son mecánicos también; aunque suene increíble, uno en el microscopio puede ver esos dispositivos, engranes, moviéndose los pequeños motorcitos, membranas oscilando, vigas moviéndose”.
La competencia
Desde hace 11 años, varias instituciones de Estados Unidos organizan la competencia de diseño de MEMS con el objetivo de que los estudiantes trabajen un diseño, lo sometan, y un grupo de expertos los evalúen para premiar a los mejores.
El concurso se realiza en Albuquerque, Nuevo México, donde se encuentra Sandia National Laboratories que, según Bandala Sánchez, es el instituto de investigación más grande e importante en la tecnología MEMS, perteneciente a la Secretaría de Defensa de los Estados Unidos y que patrocinó el concurso los primeros 10 años; el evento este año fue organizado por la Universidad de Nuevo México.
“Desde hace cuatro años, por iniciativa de Horacio Estrada, del Centro Nacional de Metrología y especialista en MEMS, se hizo un convenio en conjunto con la Red Nacional de MEMS que él mismo instauró, y se llegó a un acuerdo con Sandia para que México pudiera participar en la competencia con algunas instituciones. Han participado la UV, el IPN, el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) sede Guadalajara, la Universidad de Guanajuato (UGTO), la Universidad de Guadalajara (U. de G.) y la UACJ; nosotros llevamos tres años concursando”, expresó.
Para el gerente de MEMS en el Cidesi, el evento es muy interesante porque compiten instituciones de Estados Unidos y mexicanas, quienes someten sus proyectos bajo las mismas condiciones y el mismo reglamento y, sin importar de quien se trate, el grupo de expertos evalúa y determina cuál es el mejor diseño cada año.
El concurso tiene dos categorías: dispositivo comercializable y dispositivo con valor académico. El proyecto del Cidesi obtuvo el primer lugar en la opción académica, cuyo premio consiste en un trofeo y la fabricación del dispositivo. Por su parte Texas Tech fue el triunfador en la categoría comercial.
“El reconocimiento se hace a la capacidad científica pero también nos aporta el darnos a conocer en el sector. Al concurso asiste gente de la industria, algunas empresas fueron a presentar conceptos, ideas, novedades y a conocer a la gente, y tuvimos la oportunidad de hacer un poco de networking con esas empresas y las instituciones, que ya nos conocen; los colegas americanos ya ubican al Cidesi como un centro fuerte en el desarrollo y diseño de estos dispositivos”, aseveró.
El futuro de los MEMS
Manuel Bandala Sánchez es egresado del Instituto Tecnológico de Puebla; realizó la maestría y doctorado en la Universidad de Lancaster en Reino Unido, en donde trabajó además año y medio en la industria. Regresó al país a través del Cidesi hace seis años.
“El reconocimiento es importante, porque muestra que tenemos un gran nivel y capacidades científicas. La producción anual de MEMS está medida a nivel mundial en billones de dólares, es un negocio multibillonario. México es un consumidor muy grande de esos dispositivos, todos los compramos de Asia y Estados Unidos, y se incorporan en las cadenas de producción de casi todas las industrias, desde la aeronáutica, automotriz, alimentos, electrodomésticos, biomédica, la que se te ocurra ocupa MEMS, ya sea en la cadena de producción o en sus productos finales”, explicó.
De esta manera, afirmó que al haber gran talento en México para el diseño, planean hacer un laboratorio adecuado para la producción de MEMS similar al de Sandía, aunque guardando la proporción de las capacidades del país. “Porque una cosa es saberlos diseñar y otra saberlos fabricar. Se trata de un proyecto muy ambicioso que tenemos en Cidesi, para la construcción de un laboratorio nacional de fabricación de MEMS”, reiteró.
Concluyó que este laboratorio reforzaría la misión del centro: “Es con el objetivo de fomentar que la industria no compre en el extranjero, sino que ellos inviertan en sus propios diseños y tecnología que nosotros podemos desarrollar; un laboratorio de servicios de muy alto nivel tecnológico, donde incluso podríamos ofrecerle a empresas internacionales diseños que, en lugar de traerlos de China o Estados Unidos, los podrían hacer aquí. Lo cual beneficiaría porque se podría tener total control o visibilidad de toda la cadena de fabricación y podríamos ofrecer un costo competitivo”.
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