Per diversi anni i progettisti dei Mems sviluppati da STMicroelectronics a Castelletto (Mi), sembravano non avere mercato. Poi l’inatteso successo della console Nintendo Wii. E ora i minuscoli sensori stanno per invadere nuovi campi di applicazione grazie alle idee che arrivano da un ecosistema di partner
STMicroelectronics (www.st.com) ha celebrato con una giornata nella sua sede di Castelletto, dintorni ovest di Milano, il grande successo di una tecnologia, i Mems (microelectromechanical systems), che stanno rivoluzionando intere categorie di dispositivi elettronici, mobili e fissi. Milioni di persone utilizzano i Mems, molto spesso senza saperlo. I minuscoli componenti che sfruttano le particolari qualità meccaniche del silicio fungono da sensori di movimento dentro al celebre telecomando senza fili della console per videogiochi Nintendo Wii e dei suoi accessori, o negli smartphone della Apple. Ed è a Castelletto che hanno intrapreso il loro formidabile percorso, in questo centro di eccellenza tecnologica dove lavorano 550 addetti alla progettazione e allo sviluppo di tecnologie come appunto i Mems o i componenti “intelligenti” di potenza e i vari prodotti che trasferiscono i potenziali di queste tecnologie verso le industrie delle telecomunicazioni, dell’automobile, delle periferiche per computer, dell’elettronica audio e del manifatturiero.
Inventore dell’anno 2010
Il boom della tecnologia Mems ha generato per STMicroelectronics quasi 220 milioni di dollari di fatturato ed è in larga misura dovuto alla costanza di un management che nei primi anni 2000 ha deciso di tirare avanti malgrado le incertezze di un mercato che non sembrava offrire sviluppi. La giornata celebrativa di un successo per certi versi inatteso, ma perseguito con grande lungimiranza (per non parlare dell’impegno finanziario sostenuto), si è trasformata in una lezione di innovazione, un’affascinante analisi di un’ avventura iniziata alla fine degli anni Novanta e delle sue possibili strade future. Come hanno spiegato Carlo Bozotti, amminstratore delegato di STMicroelectronics, il suo chief strategist Loïc Liétar e Benedetto Vigna, artefice di questo successo in veste di direttore generale della divisione Mems, sensori e analogici ad alte prestazioni, questa avventura proseguirà nel corso dei prossimi anni lungo due assi principali, quello dell’ulteriore affinamento della misurazione del movimento grazie all’integrazione di altri tipi di sensori (per esempio magnetici) e della crescita del mercato applicativo per questi prodotti. Per il suo lavoro sui Mems, Benedetto Vigna ha appena ricevuto dall’Ufficio brevetti europeo il “Premio Inventore dell’anno 2010”.
I sistemi microelettromeccanici
L’acronimo Mems indica i sistemi microelettromeccanici che sotto forma di accelerometro e giroscopio riescono a misurare la direzione e l’intensità del movimento, aggiungendo ai tradizionali sensori la dimensione della spazialità. Da un punto di vista industriale sono dispositivi minuscoli che utilizzano il silicio, ma lo fanno sfruttando, come si diceva, anche le sue capacità meccaniche: la grande robustezza e soprattutto la non deformabilità. Se si prova a piegare una barretta di silicio questa ritornerà alla sua forma iniziale. Ciò rende possibile “stampare” sul silicio minuscole parti mobili che rivelano il movimento. Rispetto al silicio semiconduttore che conosciamo, il vantaggio di questa forma di lavorazione micromeccanica è dato dalla scala, di qualche ordine di grandezza più grande. Il segreto dei Mems però è anche elettrico e consiste nella capacità di misurare piccolissime correnti di elettroni, equivalenti a capacità tanto piccole che è difficile immaginarle. Pochi attofarad, come dire un miliardesimo di miliardesimo di Farad. Fu soprattutto questa, ha spiegato Benedetto Vigna, la grande scommessa vinta dal team di ricercatori di Castelletto, grazie a una serie di breakthrough che allora non sembravano per niente scontati e alla grande esperienza accumulata nel corso di tanti progetti avanzati portati avanti da un gruppo multinazionale che oggi fattura 8,5 miliardi di dollari, è al quinto posto mondiale come produttore di semiconduttori e vanta oltre cinquantamila dipendenti. In Italia sono 8mila persone, un terzo delle quali impegnato in attività di ricerca & sviluppo.
I primi Mems si sono aperti la strada nel mercato automobilistico, sostituendo gli interruttori degli air-bag. Ma la loro definitiva affermazione dovette attendere anni. Poi, nel 2005, una certa azienda giapponese che cercava un modo per differenziarsi nel mercato delle console per videogiochi trovò molto interessante la proposta degli ingegneri di Castelletto di sostituire la pressione dei pulsanti sul joystick con un semplice gesto impartito a una scatola che incorporava un “sensore di movimento”. Nintendo Wii nacque in questo modo e la sua arma vincente, l’interfaccia gestuale resa possibile dai Mems, ha avuto un successo di pubblico stupefacente, trasformando un segmento dell’informatica per ragazzini e giovani adulti “impallinati” in un mercato di massa senza più barriere di età e preparazione tecnica.
Grazie alla definitiva consacrazione negli smartphone Apple, STMicroelectronics ha rapidamente conquistato una quota del 50% del mercato mondiale di questi flessibili strumenti di misura e ora, ha spiegato Loïc Liétar, sta coltivando un ecosistema di relazioni con partner e fornitori per generare e portare alla commercializzazione nuove idee. All’evento di Castelletto hanno preso parte anche le aziende italiane che rappresentano l’inaspettato ma prezioso indotto di questa industria, società come Elman, Microtest o Spea che si sono inventate, generando valore e posti di lavoro, un importante filone di apparati di testing e validazione indispensabili per certificare la corrispondenza tra i Mems prodotti e i requisiti degli acquirenti. Una delle tante ricadute positive di un’invenzione nata oltretutto da processi costruttivi che sembravano aver esaurito il loro corso nel comparto della microelettronica. Le dimensioni di questi sensori sono molto piccole, ma anche di diversi ordini di grandezza maggiori rispetto alle scale nanometriche che dominano oggi nella fotoincisione dei transistor nei circuiti elettronici. La natura meccanica di questi dispositivi ha insomma permesso di riutilizzare tecniche e impianti produttivi altrimenti destinati alla obsolescenza.
Il futuro dei Mems
STMicroelectronics ha organizzato una piccola esposizione intorno alle idee che rappresentano in questo momento un laboratorio di incubazione del futuro dei Mems. Integrati con altri sensori, i microapparati possono per esempio essere applicati a speciali lenti a contatto per fornire una costante misurazione della pressione oculare e prevenire l’insorgenza di glaucoma. Un’altra direzione di crescita è quella dei telecomandi senza fili tridimensionali, in grado di rendere ancora più semplice e intuitiva la navigazione tra i vari servizi della Tv interattiva, o ancora l’abbinamento con i sensori magnetici per dotare i dispositivi digitali di una maggiore “coscienza” geografica. Grazie ai nuovi Mems, per esempio, si possono costruire fotocamere e telefonini che sanno in che direzione stanno puntando e possono quindi accedere a informazioni turistiche e commerciali riferite al luogo in cui si trova il proprietario (al momento lo smartphone con Gps si limita a conoscere le coordinate geografiche, ma non può riconoscere il suo orientamento da fermo). Con l’opportuno software di trattamento digitale del segnale, i sensori di movimento possono addirittura servire per realizzare sofisticati e sensibili microfoni direzionali. Da Castelletto STMicroelectronics guarda con molto ottimismo ai prossimi dieci anni della sua invenzione.
