اهداف توسعه سیستم های نانو الکترومکانیکی (NEMS)

 اهداف توسعه سیستم های نانو الکترومکانیکی (NEMS) دستگاه به طور کامل از (کریستالی) اکسید های فلزی، یک کلاس از ترکیبات که نشان می دهد طیف گسترده ای از خواص فیزیکی، ساخته شده با چشم انداز معرفی کلاس های جدیدی از مبدل ها با مکانیسم های بی سابقه تشخیص و ادغام قابلیت های بیشتر در سیستم های نانو مکانیکی. این رویکرد فناوری جدید، اکسید های چند منظوره را به مجموعه میدان MEMS/NEMS فعلی اضافه خواهد کرد.پیشرفت علم به فناوری ما تحقق اثبات مفهوم دستگاه NEMS مبتنی بر اکسید های فوق حساس برای تشخیص میدان های بیومغناطیسی است. مجموعه میدان MEMS/NEMS  آشکار ساز های فوق حساسی را اجرا خواهد کرد که قادر به اندازه گیری میدان های مغناطیسی بسیار ضعیف هستند که میدان های مغناطیسی ایجاد شده توسط فعالیت مغز انسان، از مرتبه ده ها مجموعه میدان MEMS/NEMS را مورد هدف قرار می دهند.

دستگاه های MEMS / NEMS کنترل دقیق این فعل و انفعالات در مقیاس نانو را امکان پذیر می کنند و بستری ایده آل برای تعامل با جهان نانو فراهم می کنند.این شامل ادغام  مواد و عناصر زیر میکرونی فعال است که سیگنال های مکانیکی، نوری و الکتریکی را برای تولید ساختار های نانو ساخت کار ترکیب می کنند.استفاده از فناوری نانو در کاربرد های سنسور های نانو بیو کنترل و تنظیم دقیق عملکرد های نانو محیطی را تسهیل کرده است. ساختارهای نانو به دلیل اندازه کوچک در حد نانو متر و عملکردهای چندگانه در مکانهای خاص در زمینه ی نانو بیو سنسور ها بسیار کاربرد دارند. انواع مختلفی از دستگاه های MEMS / NEMS چند منظوره را با ویژگی های میکرو و نانو الکترونیکی برای کاربرد های زیست پزشکی (BioMEMS / BioNEMS) از طریق تکنیک های مختلف ساخت و نانو مواد زیست سازگار توسعه دهند. 

با این حال، یکپارچه سازی دستگاه ها با محیط فیزیولوژیکی نانو بیو سنسور ها یک معضل اساسی به شمار می آید. اغلب آنها به دلیل محدودیت های موجود در  ذرات نانو در نانو بیو سنسور ها عملکرد خود را از دست داده و باعث ایجاد اثرات نامطلوب میشوند. در شرایط آزمایشگاهی و در کاربرد های نانو سنسور های بیو محیطی، عملکرد ایمپلنت های Bio MEMS همچون بیو سنسور ها، استنت های هوشمند و غیره و همینطور برهمکنش این دستگاهها با محیط فیزیولوژیکی محیطی نانو بیو سنسورها و BioMEMS های زیست سازگار جهت استفاده در ساختار تکاملی و معماری نانو  بیو سنسور ها ضروری میباشد.استفاده خلاقانه از سیستم های نانو _ میکرو الکترونیک و (سیستم های نانو الکترو مکانیکی NEMS) در کاربردهای سنسورهای نانو بیو الکترونیکی، شرایط مطلوبی را برای (نانو NEMS)جهت تشخیص دقیق و صحیح عوامل محیطی  فراهم  کرده است.

دستگاه های MEMS / NEMS کنترل دقیق این فعل و انفعالات در مقیاس نانو را امکان پذیر می کنند و بستری ایده آل برای تعامل با جهان نانو فراهم می کنند.این شامل ادغام  مواد و عناصر زیر میکرونی فعال است که سیگنال های مکانیکی، نوری و الکتریکی را برای تولید ساختار های نانو ساخت کار ترکیب می کنند.سیستم های میکرو و نانو الکترومکانیکی ( MEMS / NEMS ) دستگاه هایی هستند که در آنها حرکت فیزیکی یک ساختار در مقیاس میکرو یا نانو توسط یک مدار الکترونیکی کنترل می شود یا بر عکس. می توان از MEMS و NEMS برای ساخت حسگر های حساس و دستگاه های زمان بندی پایدار استفاده کرد.نانو سیستم  Nano System عملکردی در مقیاس مولکولی است. این کار هم کارهای فعلی و هم مفاهیم پیشرفته تر را در بر می گیرد. به معنای اصلی آن ، فناوری نانو به توانایی پیش بینی شده برای ساخت اقلام از پایین به بالا ، با استفاده از تکنیک ها و ابزارهایی گفته می شود که برای ساخت محصولات کامل و با کارایی بالا تولید می شوند.نانو سیستم  Nano System ایده "مونتاژ" در مقیاس نانو را ارائه داد که می تواند کپی خود و خود را بسازد. از دیگر موارد پیچیدگی دلخواه با کنترل اتمی در نانو سیستم  Nano System ها بسیار گسترده و کاربردی میباشد. نانو کامپیوتر و نانو اسمبلر ها نیز زیر گروه نانو سیستم ها Nano System میباشند. نانو ذرات اجزای اصلی تشکیل دهنده تمام نانو سیستم ها  Nano system میباشند.برای تولید ذرات نانو با کمک فناوری نانو می توان در اتمها از طریق کنترل خصوصیات تغییراتی ایجاد کرد. زمانی که مواد در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می شوند واکنش های و رفتار اتمها در مقایسه با حالتی که مطالعه در سطح مولکولی انجام می شوند کاملا متفاوت است چرا که در این قلمرو خصوصیات فیزیکی مواد تغییر می کند این درست مانند این است که در توپی را در محفظه ای بیندازید و توپی دیگری را از آن محفظه بیرون آورید. تفاوت در قلمرو نانو به اندازه ای است که حتی رنگ، نقطه ذوب، خصوصیات شیمیایی و غیره مواد در خارج از این محدوده کاملا متفاوت است.

این نانو افزاره ها، که شامل نانو ترانزیستور ها و نانو دیود ها می باشند، می توانند در روبات های نانومتری، سیستم های نانوالکترومکانیکی (NEMS)، سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS)، و افزاره های میکروسیالی به کار گرفته شوند. عمل مکانیکی که برای آغاز تغییر شکل لازم است می تواند فشردن یک کلید، فشار ناشی از عبور یک سیال، کشش ماهیچه ها، و یا حرکت اعضای یک روبات باشد.

MEMS و NEMS های مختلفی با توجه به مشخصات به نیاز ها ، اهداف و کاربرد ها باید طراحی شوند. MEMS و NEMS های الکترومکانیکی و الکترونوری مکانیکی توسعه پیدا کرده اند .معمولا "سیستم های نوری سریعتر ، ساده تر و کاراتر ، قابل اطمینان تر و بادوام تر از سیستم های الکترومکانیکی هستند.اگر چه سیستم های نوری برای کاربرد های مختلفی طراحی می شوند ( مانند : ارتباطات ، محاسبات و کلید زنی بی سیم و غیره ) ، پیکر بندی های متفاوتی دارند در حالت کلی خیلی مشکل است که یک مقایسه تطبیقی بین آنها انجام دهیم . برای مثال سیستم های نوری نمی توانند به عنوان محرک به کار روند . نیاز های کاربردی باید شمارش شود و اتصالات الکترومغناطیسی ، دما ، ارتعاش  یا  تشعشعات  می توانند فاکتور های مورد استفاده برای ساخت بهتر باشند. به عنوان یک مثال دیگر نگاهی به محرکهای مقیاس نانو و میکرو می اندازیم . اندازه محرک به انبوهی نیرو یا گشتاور که تابع ماده به کار رفته و اندازه ( حجم ) آن است ، بستگی دارد . در واقع اندازه با نیرو و گشتاور  مورد  نیاز و جنس آن تعیین می شود. این موضوع که MEMS الکترو مغناطیسی ،میکرو ساختار ها یا میکرو ترانس دیوسدهایی را که با IC های به کار رفته در مییکرو ادوات انرژی تابشی کنترل می شوند ، مجتمع می کنند ، بسیار مهم است . بدینگونه میکرو ساختار ها و میکرو ترانس دیوسدها ،ادوات انرژی تابشی و IC ها باید مجتمع شوند .فناوری اتصال تراشه مستقیم به طور وسیعی پیشرفت کرد. به ویژه مجموعه MEMS های chip - flip جایگزین شد با نوار سیمی تا به IC ها با محرکها و حسگرهای مقیاس میکرو _ نانو متصل شوند. استفاده از فناوری chip - flip امکان رفع القاگرها وخازنها و مقاومت های پارازیتی را میدهد. این موضوع اصلاح مشخصات وسیله را منجر می شود.در ادامه مجتمع سازی chip -flip مزایایی در پیاده سازی بسته های انعطاف پذیر پیشرفته ، پیشرفت های قابل اطمینان و کاهش وزن و اندازه و.... را منجر میشود. chip - Flip مجتمع شده، میکروترانسدیوسدها می توانند همراه با برآمدگی و رو به پایین روی لایه هایی که روی ادوات الکترومکانیکی سوار شده و به پایه IC متصل است ،نصب شوند MEMS مجتمع مقیاس بزرگ ( یک عدد تراشه که می تواند به صورت عمده تولید شود و با هزینه کم که در COMS به کار میرود.

سیستم های میکرو و نانو الکترومکانیکی ( MEMS / NEMS ) دستگاه هایی هستند که در آنها حرکت فیزیکی یک ساختار در مقیاس میکرو یا نانو توسط یک مدار الکترونیکی کنترل می شود یا برعکس. می توان از MEMS و NEMS برای ساخت حسگر های حساس و دستگاه های زمان بندی پایدار استفاده کرد.

سیستم های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) ثابت کرده اند که کوچک تر کردن، سریع تر و ارزان تر کردن نانو سیستم و نانو ساختار ها موفق عمل میکنند. دستگاه های MEMS امروزی که معمولا با ابعاد میکرونی (10 تا 6 نانو متر) ساخته می شوند، شامل شتاب سنج هایی برای بازکردن کیسه هوا،سنسور های فشار و دستگاه های میکروسیال هستند که می توانند مقادیر بسیار کمی از مواد شیمیایی را جدا و تجزیه و تحلیل کنند. در حال حاضر با قابلیت های نانو ساخت، سیستم های نانو الکترومکانیکی (NEMS) به عنوان آشکار ساز های جرمی با قابلیت وزن کردن تک مولکول ها ساخته می شوند. به عنوان تشدید کننده های فرکانس بالا با حساسیت تا یک میلیارد سیکل در ثانیه. به عنوان سوئیچ های فوق سریع و کم مصرف؛ و به عنوان دستگاه های میکروسیال یکپارچه که قادر به جداسازی، دستکاری و تجزیه و تحلیل سلول های فردی انسان هستند. در مقیاس نانو، فعل و انفعالات معمولی مانند کشش سطحی، نیز امکان پذیر میباشد.