Maand: januari 2026

Naarmate apparaten kleiner, slimmer en complexer worden, bepaalt sensortechnologie steeds meer de systeemprestaties en betrouwbaarheid. MEMS spelen een belangrijke, maar vaak onderschatte rol in deze verschuiving. Voor ingenieurs is een goed inzicht in MEMS essentieel voor het ontwerpen, integreren en aanpassen van toekomstige systemen.

Micro-elektromechanische systemen (MEMS) drijven stilletjes de apparaten aan die we elke dag gebruiken, van smartphones tot auto’s en medische systemen. MEMS spelen een belangrijke rol in toepassingen waar standaard, kant-en-klare sensoren niet volstaan. Michael Kraft, professor aan de KU Leuven, wijst op medische toepassingen zoals piëzo-elektrische micromachined ultrasone transducers (PMUT’s), die volumineuze ultrasone transducers met een hoog voltage vervangen door op MEMS gebaseerde arrays van microscopische piëzo-elektrische membranen. Deze benadering maakt potentieel draagbare ultrasone apparaten mogelijk.

Kraft vestigt ook de aandacht op neurale technologieën, waaronder implanteerbare elektrode-arrays die ontworpen zijn om te interfacen met de hersenen: “Er lopen momenteel klinische proeven om de visuele cortex van blinde mensen te stimuleren. Ik zou niet willen zeggen dat het gezichtsvermogen van deze patiënten volledig kan worden hersteld, maar dankzij MEMS kunnen ze wel weer zicht krijgen.”

Kraft is opgeleid als elektrotechnisch ingenieur en heeft gewerkt aan vooraanstaande universiteiten, waaronder die van Southampton en Luik in Europa en Berkeley in de VS. Hij is sinds eind jaren 90 actief op het gebied van MEMS. In Leuven leidt hij momenteel het onderzoek naar micro- en nanosystemen, leidt hij de cleanroom van de universiteit en werkt hij nauw samen met teams die MEMS-apparaten ontwikkelen en fabriceren in nauwe samenwerking met industriële partners.

Training op maat

“Een MEMS-sensor is in wezen een omvormer,” legt Kraft uit. “Hij zet een fysieke input om in een elektrisch signaal. Hoewel de onderliggende fysica complex kan zijn, is het basisprincipe vaak verrassend intuïtief.”

In de sensor van een versnellingsmeter op basis van MEMS hangt bijvoorbeeld een kleine massa aan microscopische veertjes binnen een siliciumstructuur. Wanneer het apparaat versnelt, beweegt de massa een beetje. Hierdoor verandert de elektrische eigenschap tussen de elektroden. Het resulterende elektrische signaal wordt vervolgens verwerkt door een IC. Hoewel de beweging slechts enkele picometers bedraagt, kleiner dan een enkel atoom, is het effect meetbaar en herhaalbaar. Hierdoor kan een smartphone oriëntatieveranderingen detecteren of kan een voertuig een snelle vertraging in een airbagsysteem waarnemen.

Belangrijk is dat de zichtbare chip slechts een deel van het systeem is. Een compleet MEMS-apparaat integreert het mechanische sensorelement, de elektronische uitleesschakelingen (ASIC), de elektrische verbindingen en de beschermende verpakking. Samen vormen ze een miniatuursysteem dat een brug slaat tussen de fysieke en digitale wereld.

De kleine schaal die MEMS zo krachtig maakt, maakt ze ook moeilijk te ontwerpen. Een membraan van een druksensor kan slechts een paar picometer doorbuigen als reactie op een betekenisvol signaal. Met zo’n kleine technologie kunnen minuscule variaties in de geometrie, materiaaleigenschappen of fabricageprocessen de prestaties aanzienlijk beïnvloeden.

Kraft biedt een driedaagse inleidende cursus over MEMS via High Tech Institute. Deze training behandelt de algemene aspecten van de technologie voordat wordt ingegaan op transductieprincipes voor fysieke sensoren. “Denk aan versnellingsmeters, gyroscopen, druksensoren, sensoren van het resonantietype.” Volgens Kraft is de cursus zeer geschikt voor mensen die net beginnen met MEMS of op zoek zijn naar een opfrisser van de basisprincipes.

Naast deze basis is op verzoek een tweede training voor meer ervaren deelnemers beschikbaar. Deze cursus wordt afgestemd op de maturiteit en interesses van de deelnemers en kan zich richten op geselecteerde onderwerpen, inclusief maar niet beperkt tot piëzo-elektrische apparaten, traagheidssensoren, resonantiedetectie, state-of-the-art technologie en opkomende ontwerpbenaderingen.

MEMS-innovatie

Vooruitkijkend ziet Kraft een sterke groei, gedreven door data-intensieve technologieën zoals AI en robotica, waar kleine, energiezuinige, schaalbare sensoren essentieel zijn. “Sensoren detecteren onbevooroordeelde gegevens uit de echte wereld. MEMS-apparaten zijn hiervoor zeer geschikt omdat ze klein, energiezuinig en schaalbaar zijn.”

Een ander opkomend domein dat Kraft heeft geïdentificeerd is infrageluid, dat verwijst naar geluidsgolven ver onder de 20 hertz. Hier variëren de toepassingen van vroegtijdige waarschuwingssystemen voor aardbevingen en vulkanen tot bewaking van de veiligheid. De huidige infrageluidsensoren zijn omvangrijk en duur, maar MEMS-gebaseerde miniaturisatie zou goedkope, gedistribueerde detectie op schaal mogelijk kunnen maken.

“Om de sterke positie van Europa op het gebied van MEMS te behouden,” stelt Kraft, “zijn voortdurende investeringen en opleidingen nodig.” Zijn cursussen aan het High Tech Institute, dat zich in de voorhoede van de huidige MEMS-technologie bevindt, helpen ingenieurs en bedrijven de kennis op te bouwen die nodig is om opkomende ideeën om te zetten in praktische, concurrerende sensoroplossingen, terwijl de langetermijnexpertise van Europa op dit gebied wordt versterkt.