MEMS 是什么？

MEMS（微机电系统，Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种将微型机械结构、传感器、执行器和电子电路集成在单一芯片上的技术。其核心是通过微纳加工技术（如光刻、蚀刻等）在硅基或其他材料上制造出微米级（甚至纳米级）的可动结构，实现物理信号的检测与控制。

主要作用

1. 感知环境：检测加速度、压力、温度、湿度、光线、声音等物理量。
2. 执行操作：驱动微镜、微泵、微阀等执行精密动作。
3. 信号处理：结合集成电路对传感器信号实时处理与分析。
4. 系统控制：在封闭或开放系统中实现反馈控制（如自动对焦、稳定系统）。

核心优势

1. 微型化
   尺寸微小（微米至毫米级），可直接嵌入手机、穿戴设备、医疗植入体等空间受限场景。

2. 低功耗
   微机械结构驱动所需能量极低，适合电池供电的便携设备。

3. 高精度与灵敏度
   微小质量与结构使其对微弱信号（如加速度、声波）响应极灵敏。

4. 低成本批量生产
   沿用半导体工艺（如硅晶圆加工），可大规模制造，单芯片成本低。

5. 高可靠性
   无运动摩擦部件（如轴承），抗震性强，寿命长达数万小时。

6. 多功能集成
   可融合多个传感器（如6轴IMU：加速度计+陀螺仪）或执行器于单芯片，简化系统设计。

典型应用场景

技术挑战

• 制造复杂度：微纳加工对工艺洁净度、精度要求极高。
• 封装限制：保护微小结构需定制封装，成本占整体50%以上。
• 噪声干扰：微小信号易受电路噪声影响，需先进滤波算法。

未来趋势

• MEMS + AI：结合边缘智能算法，实现本地化实时决策（如手势识别）。
• NEMS（纳机电系统）：纳米级结构进一步提升灵敏度。
• 新材料应用：压电材料（如氮化铝）替代传统硅基驱动。
• 生物MEMS：用于基因测序、药物递送的微流控芯片。

总结：MEMS通过微观尺度融合“机械+电子”，成为智能设备的“感官”与“微操手”，以小体积、低功耗、高集成度重塑现代科技产品，从智能手机到火星探测器均依赖其实现精密感知与控制。