Tecnociencia

En la actualidad, el grado de unión entre la técnica y la ciencia es tan fructífero, y al mismo tiempo tan

problemático que para referirse a este asunto se ha creado el termino tecnociencia... La

Tecnociencia es un concepto ampliamente usado en la comunidad interdisciplinaria de estudios de

Ciencia, Tecnología y Sociedad para designar el contexto social y tecnológico de la ciencia. La idea

muestra un reconocimiento común de que el conocimiento científico no sólo es un código situado en

la sociedad y la historia, sino que se sustenta y se hace durable por redes materiales no humanas.

Según Javier Echeverría, es una construcción social altamente artificializada que se aplica a los más

diversos ámbitos sociales y empíricos para producir modificaciones y mejoras. Los seres humanos

pueden adherirse (o no) a dicha actividad colectiva, pero cada individuo siempre se confronta en su

fase de formación a una tecnociencia previamente constituída, que ha de aprender, por una parte, pero

cuyas aplicaciones concretas puede comprobar que producen efectos en su entorno.

En el último tercio del siglo XX ha sido muy notoria la corriente de innovaciones producidas por la

tecnociencia, que se ha convertido en la fuerza decisiva que configura las condiciones, , los ambientes

y las formas a nivel global.

Importancia de la Tecnociencia en la Industria Automotriz: Los Acelerómetros…

Los acelerómetros se definen como sensores que miden la aceleración lineal a lo largo de su eje sensible. Estos tienen un enorme potencial en la industria automotriz (activación de las bolsas de aire, sistemas de suspensión activa y control de tracción, cinturones de seguridad, alarmas antirrobo, entre otros). Además, se emplean en sismografía, navegación, milicia, vulcanología, exploración petrolera, robótica, vigilancia de las vibraciones de máquinas industriales, control de calidad del transporte de mercancías, sistemas de estabilización de imágenes para cámaras, aplicaciones de realidad virtual, iPhone, juguetes electrónicos y muchos más. Con los adelantos de la tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS), los acelerómetros tienen actualmente un menor costo, tamaño más pequeño, alta sensibilidad y consumo mínimo de potencia que los posiciona en un lugar privilegiado para poder abarcar la mayoría de las aplicaciones antes mencionadas.

La industria automotriz fue la primera en producir microacelerómetros en grandes volúmenes. Los procesos de fabricación de estos sensores son compatibles con los procesos de fabricación de los circuitos integrados, lo que permite que los transductores se fabriquen junto con su circuitería electrónica en el mismo sustrato, obteniéndose resultados más confiables y una mayor eficiencia en su funcionamiento.

Hay varias compañías que producen microacelerómetros en gran volumen, y uno de los productos más exitosos en el mercado es la serie de ADXL de Analog Devices. Esta compañía es líder mundial en la fabricación de microacelerómetros para el sector automotriz. En la figura 1 se ilustran algunas de las aplicaciones de los microacelerómetros en dicha industria.

Figura 1. Ilustración de algunas de las aplicaciones de los microacelerómetros en la industria automotriz

Los microacelerómetros más utilizados en el sector automotriz emplean una transducción capacitiva, por lo que son llamados capacitivos. A continuación se presentan los principios de funcionamiento, las ventajas y desventajas de esta clase de microacelerómetros.

Microacelerómetros capacitivos

Los microacelerómetros capacitivos sensan la aceleración aprovechando el cambio en la capacitancia de un capacitor formado por su estructura. Uno de sus electrodos está colocado en la masa sísmica, mientras que el otro permanece estacionario. Una aceleración provoca una variación en la distancia entre ambos electrodos, alterando su capacitancia inicial en proporción a la aceleración experimentada. Entonces, un circuito electrónico puede medir esta variación de capacitancia.

Los microacelerómetros capacitivos tienen varias ventajas que los hacen atractivos para la industria automotriz. Tienen una baja dependencia a la temperatura, poseen una buena respuesta en corriente directa, alta sensibilidad, baja disipación de potencia y una estructura simple. Sin embargo, su principal desventaja es ser sensibles a la interferencia electromagnética, por lo que se necesita un empaquetado de mayor calidad para proteger el acelerómetro y su circuito electrónico.

La figura 2 muestra la estructura fundamental de un microacelerómetro capacitivo de sensado vertical, en donde la masa sísmica ubicada en la parte superior y el electrodo en la inferior forman un capacitor de placas paralelas. Las aceleraciones en el sentido del eje vertical flexionan la masa, causando un cambio en la distancia de separación entre el electrodo y la masa móvil; esto origina un aumento o disminución en la capacitancia inicial en función de la dirección de la aceleración aplicada.

Figura 2. Ilustración de la estructura fundamental de un microacelerómetro capacitivo de sensado vertical

La estructura básica de un acelerómetro capacitivo de sensado lateral es mostrada en la figura 3. En esta, el área de coincidencia de los electrodos conectados a la masa sísmica y los electrodos unidos al anclaje estacionario forman el capacitor. En la presencia de una aceleración, la masa sísmica se flexiona, provocando que el espacio entre los electrodos móviles y estacionarios se incremente en un lado y disminuya en el otro. Este fenómeno altera la capacitancia inicial y ocasiona que esta clase de acelerómetros sean sensibles a aceleraciones en el plano del sustrato.

Figura 3. Ilustración de la estructura básica de un microacelerómetro capacitivo de sensado lateral

Los acelerómetros capacitivos anteriores pueden tener la posibilidad de experimentar impactos entre sus electrodos estacionarios y móviles. Debido a este inconveniente, hay acelerómetros capacitivos de área variante que cambian el área de incidencia entre los electrodos del capacitor, adelantando o atrasando uno de los electrodos respecto del otro.

Hay dos métodos básicos para la fabricación de microacelerómetros capacitivos. Uno es el micromaquinado de superficie, en el cual el sensor se fabrica sobre el sustrato y el otro es el micromaquinado de volumen, que graba la estructura en el volumen del sustrato de silicio. Los acelerómetros micromaquinados en superficie tienen un uso extendido en el sector automotriz e industrial. Aunque la tecnología de micromaquinado de superficie es compatible con la de los circuitos integrados (bajo costo y tamaño pequeño), tienen el inconveniente de producir niveles muy altos de ruido debido a su pequeña masa sísmica, tienen poca estabilidad y falta de flexibilidad. Por otro lado, el micromaquinado de volumen proporciona un nivel bajo de ruido, buena estabilidad y flexibilidad, pero sus desventajas son su costo más alto, mayor tamaño y procesos de fabricación más complejos. En la figura 4 se muestra la imagen SEM (Scanning Electron Microscopy, por sus siglas en inglés) de un microacelerómetro capacitivo uniaxial de sensado lateral fabricado por Analog Devices Inc.

Figura 4. Imagen SEM de un micro acelerómetro capacitivo uniáxica de censado lateral fabricado por Analog Devices Inc

En la actualidad, la mayoría de las investigaciones sobre micro acelerómetros para el sector automotriz están basadas en la clase capacitiva, ya que proporcionan alta sensibilidad, nivel bajo de ruido e independencia de la temperatura, por lo que son muy atractivos para su implementación como sensores en los automóviles.

En conclusión, los microacelerómetros muestran considerables ventajas respecto de los tradicionales. Entre estas ventajas se hallan un tamaño pequeño, bajo consumo de potencia, alta sensibilidad y menor costo. De la diversidad de micro acelerómetros existentes en la actualidad, los capacitivos son los más utilizados en la industria automotriz debido a su alta sensibilidad y poca dependencia de la temperatura.