Les signaux faibles sont traités et amplifiés par le système électronique intégré, puis transmis via une interface analogique ou numérique. Les MEMS ont permis le développement de nombreuses applications innovantes, telles que des accéléromètres, des gyroscopes, des capteurs de pression et des microphones de dimensions réduites. Les marchés de la téléphonie mobile et grand public, ainsi que l'industrie automobile, ont été les pionniers. Ils ont été les premiers à comprendre le potentiel des capteurs MEMS, que ce soit pour des consoles permettant de gagner les Jeux olympiques depuis son salon, pour des téléphones mobiles réagissant aux mouvements, pour des appareils photo avec stabilisation d'image ou encore pour les systèmes d'airbags et d'ESP des automobiles.
À cet égard, le marché international des MEMS est en constante expansion et affiche actuellement un chiffre d'affaires d'environ un milliard de dollars. Bosch, leader international du marché, a vendu un milliard d'unités entre 1995 et 2008, et a atteint les deux milliards en seulement trois ans. STMicroelectronics a également connu une croissance fulgurante : en 2011, l'entreprise a réussi à augmenter ses ventes de capteurs MEMS de 80 %, principalement sur les marchés de l'électronique grand public et de la téléphonie mobile, devenant ainsi l'un des leaders du secteur. Forte de cette expérience, elle souhaite désormais étendre son expertise à d'autres marchés. Le potentiel est immense : les capteurs MEMS offrent de nouvelles applications dans presque tous les domaines et peuvent rendre les applications existantes plus pratiques, plus sûres et plus économes en énergie, ou encore leur permettre de se démarquer de la concurrence grâce à l'intégration de nouvelles fonctionnalités. La révolution qui a déjà eu lieu sur le marché de la téléphonie mobile est encore à venir.
Confort d'utilisation amélioré.
Le secteur des interfaces homme-machine (IHM) est un domaine d'application très prometteur. L'expérience acquise avec les applications mobiles peut être mise à profit, notamment pour la mise en œuvre aisée des fonctions de clic et de double-clic. La commande vocale peut également être utilisée pour les applications IHM. À cet égard, les téléphones mobiles illustrent une fois de plus les possibilités : les utilisateurs d'iPhone peuvent ajouter des rendez-vous ou envoyer des e-mails grâce à Siri. Les microphones MEMS permettent également ce type de commande et de détection vocales dans d'autres appareils, tels que les systèmes de navigation. Ceci est rendu possible grâce à l'alliance de dimensions minimales, d'une haute qualité sonore et d'une grande durabilité. Ces avantages peuvent également être appliqués aux dispositifs mains libres ou aux systèmes de conférence sans surcoût. Par
exemple, STMicroelectronics propose des microphones MEMS plus performants et plus robustes que les microphones électret (ECM) classiques. Les modèles MP34DT/DB01/MP45DT02 actuellement disponibles présentent un rapport signal/bruit (SNR) de 63 dB et une réponse en fréquence très linéaire (de 20 Hz à 20 kHz).
Sécurité renforcée :
Les capteurs de vitesse de rotation contribuent à la sécurité des perceuses. Ils enregistrent la rotation de la perceuse au moment où le foret entre en contact avec le béton et arrêtent automatiquement la machine. Les capteurs d’accélération permettent la détection de chute libre, actuellement utilisée principalement dans les disques durs d’ordinateurs portables. Si le capteur détecte une chute libre, il empêche la tête de lecture/écriture d’entrer en collision avec le disque dur et la rétracte à temps. Ce principe peut également être appliqué à une tronçonneuse ou à la télécommande d’une grue afin de garantir la sécurité de l’appareil en déclenchant un arrêt d’urgence en cas de chute libre.
Les capteurs d'accélération enregistrent même les plus infimes mouvements et vibrations, ce qui permet de protéger facilement et efficacement les oléoducs et gazoducs, les machines automatisées contre le vandalisme et les biens de valeur contre le vol. L'enregistrement des vibrations des machines permet également de vérifier leur bon fonctionnement.
Les capteurs de pression barométrique MEMS mesurent les différences de niveau avec une précision de 25 cm. Contrairement aux systèmes de géolocalisation par satellite, inefficaces en intérieur en raison d'un signal faible ou inexistant, ils permettent des applications telles que la navigation intérieure dans les grands magasins ou les parkings. Ceci est possible grâce à la mesure de la pression atmosphérique, qui leur permet de calculer l'altitude et d'identifier l'étage. Ils sont également utilisés dans les systèmes de navigation, par exemple pour localiser un véhicule dans un immeuble. Dans le domaine des pompiers et de la police, les capteurs de pression MEMS peuvent même sauver des vies en localisant précisément les personnes piégées dans un bâtiment.
Efficacité accrue :
si un appareil s’éteint immédiatement en cas de dysfonctionnement, son efficacité énergétique s’en trouve améliorée. Cette efficacité peut être optimisée en combinant plusieurs capteurs. Par exemple, dans un lave-linge, des capteurs de pression mesurent le niveau de remplissage, tandis que des accéléromètres calculent la charge et adaptent les programmes de lavage et de séchage en conséquence. Les accéléromètres déclenchent l’arrêt automatique 
d’appareils tels que les télécommandes, les lampes ou les équipements audio s’ils ne détectent aucun mouvement pendant une période déterminée.
STMicroelectronics et Bosch Sensortec proposent des produits haut de gamme pour ce type d'applications : les accéléromètres MEMS triaxiaux LIS3DH (STMicroelectronics) et BMA250 (Bosch Sensortec) sont particulièrement adaptés aux appareils mobiles, grâce à leurs performances énergétiques et leur format très compact. Le LIS3DH consomme seulement 2 mA en mode ultra-basse consommation, et le modèle Bosch moins de 5 µA en mode basse consommation. Leurs dimensions respectives de 3 × 3 × 1 mm (LIS3DH) et 2 × 2 × 0,95 mm (BMA250) sont idéales pour les applications où l'espace est limité. Ces deux capteurs offrent des mesures précises dans des plages programmables de ±2 g, ±4 g, ±8 g et ±16 g, avec une sensibilité de 1 mg/digit pour le LIS3DH et de 256 LSB/g pour le BMA250 dans la plage de 2 g. Leur résolution numérique est respectivement de 12 bits et 10 bits, et le décalage typique à zéro g sur toute la durée de vie est de +/- 40 mg dans le modèle ST et de +/- 80 mg dans le modèle Bosch.
Pour les appareils mobiles, la gestion intelligente de l'alimentation, la détection de chute libre et le comptage de pas sont également des atouts majeurs. Pour les applications IHM, les capteurs offrent une adaptation de l'affichage à l'écran et une commande tactile et double-touch. Ils sont également compatibles avec les jeux et la réalité virtuelle. Les deux fabricants fournissent des outils logiciels et matériels pour les tests initiaux, dotés d'une interface graphique conviviale. Ceci permet des réglages et des tests aisés, suivis d'une intégration fluide dans l'application. ST et Bosch proposent tous deux des cartes programmables, des interfaces de programmation (API) et des contrôleurs de bas niveau.
Une plus grande liberté de mouvement.
Les différents types de capteurs ne doivent pas être considérés isolément. Leur combinaison permet des applications d'une très grande sensibilité, quasi comparable à celle de l'être humain. Par exemple, un accéléromètre associé à un gyroscope permet de générer des profils de mouvement complexes. Ces deux capteurs sont également disponibles intégrés dans un module unique, tel que le LSM330DLC de STMicroelectronics. Ce module intègre l'accéléromètre triaxial LIS3DH et le gyroscope triaxial L3GD20 dans un format compact de seulement 4 x 5 x 1,1 mm. Le gyroscope offre une plage de mesure complète de ±250 dps à ±2000 dps et dispose d'un commutateur programmable.
À cet égard, ces types de capteurs et modules MEMS permettent la surveillance à distance des patients ou des personnes âgées sans restreindre leur liberté de mouvement. Par exemple, en cas de chute, une infirmière peut être immédiatement alertée, ou des personnes désorientées et perdues peuvent être localisées. L'ergothérapie, l'entraînement sportif et l'administration de médicaments peuvent également être adaptés avec précision aux profils de mouvement individuels et ainsi être optimisés. Dans les tensiomètres, le capteur peut vérifier la position du bras, garantissant des mesures précises, notamment pour une utilisation à domicile. Dans le secteur de l'élevage, le module capteur LSM330DLC permet de déterminer individuellement la quantité de fourrage nécessaire en fonction des mouvements de l'animal.
Plus de degrés de liberté :
Les modules de capteurs combinant plusieurs types de capteurs offrent encore plus de degrés de liberté. Grâce à leur taille réduite, ils sont particulièrement adaptés aux applications où l’espace est limité. Actuellement, les combinaisons les plus courantes incluent des accéléromètres, des gyroscopes et des compas. STMicroelectronics a récemment lancé un module multi-capteurs à neuf degrés de liberté. L’iNEMO M1 intègre un accéléromètre triaxial, un capteur magnétique triaxial, un gyroscope triaxial, un 
microcontrôleur STM32 32 bits et un logiciel spécialisé, le tout dans un format compact de seulement 13 × 13 × 2 mm. Il permet ainsi d’enregistrer les accélérations linéaires, les vitesses angulaires et le champ magnétique terrestre, autorisant une détermination précise de la direction, de la position et du mouvement. Le logiciel de fusion de capteurs combine les signaux de sortie de tous les capteurs, et des algorithmes de prédiction et de filtrage corrigent automatiquement les distorsions et les imprécisions des mesures. Cela permet au module d'offrir un plus grand degré de réalisme dans des applications telles que les jeux vidéo, les interfaces homme-machine, la robotique, les dispositifs de navigation portables et la surveillance des patients.
Un large éventail d'options.
Les exemples illustrent que les domaines d'application et les possibilités des capteurs MEMS sont quasi illimités. Cependant, leur utilisation représente un défi pour les développeurs. Souvent, en début de développement, le choix du capteur le plus adapté à l'objectif visé est complexe. La vaste gamme de modèles proposés par les fabricants permet de garder une vision claire dès le départ. Rutronik se targue d'offrir la gamme de capteurs et de capteurs MEMS la plus complète, avec des produits innovants de fabricants renommés. Ce large choix permet de trouver une solution adaptée à chaque application.
Auteur:
Auteur : Martin Grimmer, responsable marketing senior Analog & Sensors chez Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH
