Micro Systeem Technologie - Innovatie, Energie & Productrealisatie

Een publicatie van 

De Kenniskring Innovatie en Productrealisatie 

Hogeschool Rotterdam 

augustus 2006

Inhoudopgave 

1. Inleiding 3 

2. Geschiedenis en achtergronden Microsysteemtechnologie 5 

2.1. Het chip maak proces 6 

2.2. Micromachining 7 

3. De Technologie 11 

3.1. Definities van MST 11 

4. Domeinen van Microsysteemtechnologie 14 

4.1. MST in de instrumentatie 18 

4.2. MST in de medische technologie 20 

4.3. MST in consumentenproducten 22 

4.4. MST in het transport 24 

4.5. MST in de Land & Tuinbouw en de Biotechnologie 26 

4.6. MST in de ICT 27 

5. The Power Factor 29 

6. Informatiebewerking in MST 32 

7. Ontwerp en productie van MST 34 

7.1. MST ontwerpen 35 

7.2. MST Systems Requirements Engineering 36 

7.3. Requirement Engineering 36 

7.4. User requirements 37 

7.5. Andere requirements 37 

7.6. Materie, energie en informatie 41 

7.7. Energiedomeinen 41 

7.8. Transducer technologie 43 

7.9. Smart transducers 44 

7.10. Interfacing 45 

7.11. Omgevingsfactoren 46 

8. Cases 48 

8.1. Geluidsprobleem KONI schokbrekers. 48 

8.2. MicroNed/TUD microsatelliet 48 

8.3. Sensoren in pipeline PIG’s 48 

8.4. Lenovo (IBM ) ThinkPad 49 

8.5. Foto-acoustische glucosemeting 49 

8.6. Smart products 49 

8.7. Zelfvoorzienende bandenslijtage sensoren 50 

8.8. World's Smallest Mobile Robot 50 

9. Woordenlijst 51 

10. Literatuur 56 

10.1. Referenties 56 

10.2. Waardevolle links 57 

11. Bijlage I; Ambient Intelligence 59 

12. Bijlage II; Betrouwbaarheid 60 

13. Bijlage III; MEMS Encapsulation in FPGA’s 61 

copy of wat is mst.doc(21-11-06) - 2/61

1. Inleiding 

De Kenniskring Innovatie en Productrealisatie van de Hogeschool Rotterdam heeft tot doel 

bedrijvigheid te bevorderen waarbij technologische innovatie als katalysator dient. Hiervoor 

initieert zij toegepast onderzoek op technologische gebieden, waarmee resultaten van 

wetenschappelijk onderzoek aan een bredere doelgroep gepresenteerd kunnen worden. 

Nieuwe veelbelovende technologieën kunnen immers alleen breed toegepast worden, wanneer 

deze bekend zijn bij het MKB en men praktische ondersteuning krijgt bij de invoering daarvan. 

De nieuwe technologieën zullen via onderwijs door curriculum inpassing bekendheid krijgen 

door als bagage van de net afgestudeerde HBO-student in een nieuwe werkkring een 

toepassing te vinden. Ook zullen bedrijven hier direct voor benaderd worden via alumni 

bijeenkomsten en verspreiding van informatie via het Internet (www.innovatieproductrealisatie.nl). 

Met dit doel is deze publicatie dan ook tot stand gekomen. 

Wij nodigen met deze publicatie dan ook belangstellenden uit, waaronder docenten, alumni, 

technische managers in het MKB en kennisinstellingen om zich op deze wijze praktisch te 

informeren over de toepassingsmogelijkheden van Micro Systeem Technologie (MST) ook 

wel MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) genoemd. Beide benamingen geven aan, dat 

dit enerzijds een gebied is waar meerdere technologische disciplines samenkomen en 

anderzijds dat het resultaat als een systeem beschouwd mag worden, waarbij het micro-aspect 

een nieuwe dimensie toevoegt. 

Vanuit de conventionele technologie ontwierp men systemen vanuit modules, waarbij iedere 

discipline zijn eigen module ontwierp, bij een andere productielocatie liet fabriceren en met 

zijn eigen testmethoden verifieerde. Deze modulen werden pas bij de eindassemblage tot een 

systeem samengesteld. Het microniveau dwingt de ingenieur echter om alle 

ontwerpbeslissingen integraal te bezien omdat op dit niveau de functiedragers niet van elkaar 

te scheiden zijn en elkaar als zodanig ook direct beïnvloeden. Ook wanneer men een dergelijk 

microsysteem op zich als een bouwelement beziet, zal men zowel aan de inputzijde als aan de 

outputzijde dezelfde menging van functionele disciplines zien, waardoor nieuwe kennis over 

dit vakgebied nodig is om het juiste bouwelement binnen de specificaties te kunnen 

verwerven. 

De reden van dit toegepast onderzoek is, dat het belang van MST en MEMS op toekomstige 

technische producten groot is. De keuze voor MST en MEMS zal uiteindelijk voor u net zo 

natuurlijk worden als de inzet van micro-elektronica. Een belangrijke reden is, dat deze 

systemen door hun micro formaat, lagere kosten, hogere betrouwbaarheid en lage 

energieconsumptie voor applicaties ingezet kunnen worden, waarvoor nu nog geen oplossing 

voorhanden is. Vooral in de meet- en regeltechniek zal men in staat zijn processen te 

monitoren en bij te sturen, die nu nog niet vol beheerst kunnen worden. Hierdoor kunnen 

processen effectiever, veiliger, kapitaal extensiever en milieuvriendelijker ingericht worden. 

Deze processen kan men op ieder gebied vinden. Voorbeelden van dergelijke processen zijn 

de petrochemische industrie, tuinbouw, klimaatbeheersing, voertuigtechniek en medische 

hulpmiddelen. Uiteraard zijn ook op zichzelf staande veiligheidssystemen denkbaar. Deze 

technologie is daarom niet alleen interessant voor de proceseigenaren, maar ook voor de 

maakindustrie die vanuit hun specifieke expertise nieuwe product-/marktcombinaties kunnen 

gaan ontwikkelen. 

Daar de MST en MEMS systemen onder zeer specifieke en kapitaalintensieve omstandigheden 

geproduceerd moeten worden, is de kans groot dat hiervoor enkele geconcentreerde 

productielocaties zullen ontstaan die voor derden werken en dus voor meerdere partijen 

toegankelijk zijn. Deze bedrijven kunnen hierdoor nooit de volledige expertise verwerven 


over de wijze waarop deze bouwstenen in een specifieke markt of voor een specifiek product 

ingezet zouden kunnen worden. Laat staan over de impact, die een dergelijk meet- en 

regelsysteem zou hebben, op de verdere loop van het te beheersen proces. Dit document is er 

daarom bedoeld om u voldoende kennis te geven om als opdrachtgever een impuls te geven 

aan deze nieuwe industrie. 

Mogelijk kunt na het lezen van dit document bezien hoe u uw processen door gebruik te 

maken van deze microsystemen kunt optimaliseren. 

Denk bijvoorbeeld in de chemische industrie aan de mogelijkheid voor het binnen nauwe 

toleranties kunnen regelen van druk, temperatuur of doorstroom op iedere willekeurige locatie 

binnen de flow. Hierdoor zouden de processen veiliger en energiezuiniger ontworpen kunnen 

worden. Dit schept ook enorme kansen in de automobielsector. 

In de tuinbouw zou iedere plant als een blackbox beschouwd kunnen worden, waarbij de 

output (bijv. CO2, groei, kleur) de waarde van de input (water, warmte, groeistoffen) bepaalt. 

Uiteraard zal ook de medische technologie enorm van de mogelijkheden van MST en MEMS 

kunnen profiteren. Immers applicaties die op of in het lichaam gedragen kunnen worden, 

zouden via omzetting van lichaams-eigen-energie (warmte, stroming, beweging) gevoed 

kunnen worden. 

Het is duidelijk dat we nog aan het begin staan van het traject om bovenstaande applicaties 

daadwerkelijk te kunnen gaan ontwikkelen en volledig uit te buiten. Deze publicatie is 

daarom ook voornamelijk bedoeld om u te overtuigen dat het gebruik van MST en MEMS 

nieuwe innovatiemogelijkheden biedt en dat u deze kans niet mag laten passeren. Na het lezen 

zult u in staat zijn een strategie uit te werken hoe u MST en MEMS bouwstenen in uw systemen 

kunt opnemen, wie u bij uw ontwikkelingen zou kunnen betrekken en welke markten zich 

daarvoor het beste lenen. De kennisinstellingen, waaronder de Hogeschool Rotterdam, 

kunnen u verder ondersteunen om uw strategie verder uit te werken, de kennis en 

productiemogelijkheden hiervoor aan u ter beschikking te stellen en tot implementatie over te 

gaan. 

Wij wensen u veel inspiratie tijdens het lezen van deze publicatie. 

ir. Anneloes Cordia 

ir. Frank Rieck 

Lectoren van de 

Kenniskring Innovatie en Productrealisatie 

Hogeschool Rotterdam 


2. Geschiedenis en achtergronden Microsysteemtechnologie 

Microsysteemtechnologie (MST) heeft primair zijn ontstaan in de microelektronica. 

In feite begon het met de micro-elektronica vlak na WO-II, in 

1948, met de uitvinding van de transistor. Dit was een revolutie ten 

opzichte van de tot dan toe gebruikelijke vacuüm buis als versterkend en 

schakelend element. De volgende revolutie was de uitvinding van het 

integrated circuit (IC) in 1958 (Figuur 1). 

Figuur 1 De Intel ® 4004 (1974) met 2300 transistoren was de 1 e 

general-purpose, single-chip microprocessor. 

De voortdurende verbetering van het fabricageproces heeft onder meer 

geleid tot de huidige microprocessor. De microprocessor is een bekend 

micro-elektronisch product, maar zeker niet het enige. Zo zijn er andere 

Very Large Scale Integrating (VLSI) digitale en analoge circuits. Die 

integratiegraad gaat nog steeds door. Kenmerk is een steeds grotere 

integratie en verkleining van (zeer) vele transistoren op een (zeer) klein 

oppervlak. De afgelopen decennia gehoorzaamt het integratietempo aan 

de zo genoemde Moore’s Law. Moore’s law voorspelt voor elk anderhalf 

jaar een verdubbeling van het aantal transistoren (en daarbij ook de 

functionaliteit) per oppervlak tegen gelijkblijvende kosten. Op dit moment 

maakt men ICs met een resolutie kleiner dan 100nm. 

Een DRAM memory cel bestaat in wezen uit een transistor en een capaciteit 

zodat de grootte van DRAM geheugens ook Moore’s law volgen als functie 

van de tijd (Figuur 2). Had de transportsector dezelfde stormachtige 

ontwikkeling doorgemaakt dan kon men nu in 5 seconden voor nog geen 

50 cent naar New York reizen[10]. 


Het is in het begin van de jaren tachtig dat men zich begon te realiseren 

dat de ontwikkeling en daarmee de prijs/prestatie verhouding van de tot 

Figuur 2 Geheugencapaciteit van DRAM memory in de 

loop der jaren. (Campbell 1996) 

dan toe gebruikelijke sensoren en actuatoren ernstig achterbleef bij de 

ontwikkelingen in de micro-elektronica industrie. Tegelijkertijd begon 

breed het besef door te breken dat precies dezelfde bewerkingstechnieken 

die werden gebruikt bij de fabricage van micro-elektronica, ook te 

gebruiken zijn voor het vervaardigen van microsensoren en microactuatoren, 

en dat het mogelijk zou moeten zijn geraffineerde microactoren 

te integreren met, en te embedden in micro-elektronische circuits. 

Behalve de gedroomde miniaturisatie en integratie moest het ook de lage 

kosten behorende bij de bulk productie realiseren [3]. 

2.1. Het chip maak proces 

Gegeven de micro-elektronische achtergrond van MST is het nuttig eerst 

de procesgang van de fabricage van een chip te bespreken. 

Silicium is een stof die wordt aangetroffen in zand. Omdat silicium 

elektriciteit maar matig geleidt, wordt het een semiconductor of 

halfgeleider genoemd. Met specifieke behandelingen is het mogelijk 

“verontreinigingen” (doteringen) in het basismateriaal aan te brengen, 

zodat de resulterende materialen of een goede isolator, een goede 

geleider, of een materiaal wordt dat onder specifieke condities kan 

schakelen tussen geleiden òf niet geleiden en/of een signaal kan 

versterken. Transistoren vallen in de laatste categorie. 

Figuur 3 laat het productieproces zien. De processing begint met een 

siliciumkristal staaf (ingot) met een diameter van 15 à 35 cm en lengten 

tot 65 cm, dat in de processtap slicer in plakjes (wafers) met een dikte 

van 2 à 2,5 mm wordt gezaagd. Deze wafers gaan door een serie 


processtappen waarbij patronen chemisch gemodificeerd (geleidend, 

halfgeleidend, niet-geleidend) silicium worden opgebracht. Een enkel- of 

meervoudig microscopisch gebrek in de wafer of in één of meer van de 

patroonstappen kan er toe leiden dat een gedeelte van de wafer geen 

correcte structuur heeft. Het blijkt nagenoeg onmogelijk perfecte wafers 

te fabriceren. 

De strategie om deze imperfecties het hoofd te bieden is de wafer te 

verdelen in meerdere, zich herhalende patronen. De wafers worden bij de 

dicing in identieke dies gehakt. De aanduiding die is beter bekend onder 

de naam chip (Figuur 1). Dicing geeft dus de mogelijkheid later alleen die 

chips uit de productieketen te verwijderen die bij het testen van de 

individuele dies gebreken vertonen. Het percentage correcte dies van het 

totale aantal dies op de wafer wordt de yield genoemd. De overgebleven 

chips worden voorzien van in- en uitvoer connecties (bounding). De test 

van de uiteindelijke behuisde chip kan ook nog enig verlies opleveren. 

De wafer van Figuur 4 bevat 165 dies, elk met een oppervlak van 

250 mm 2 en ongeveer 55 miljoen 0,18 µm transistoren. 

2.2. Micromachining 

Figuur 3 Het chip maak proces [10]. 

Figuur 4 Een 200mm (8") diameter wafer met Intel ® Pentium 4 processors. 

De belangrijkste fabricagetechnieken voor MST zijn dezelfde technieken als 

die toegepast worden bij IC fabricage (Figuur 3). Met o.m. lithografische 


processen worden door middel van (diepe) etsing van een structuur in 

silicium driedimensionale vrij-bewegende structuurtjes aangebracht. Er 

zijn statische- en dynamische microsystemen. Thermokoppels zijn 

voorbeelden van statische microsystemen. Micromachines zijn 

voorbeelden van het dynamische soort (Figuur 5). Vaak worden alleen die 

technieken die gebruik maken van silicium en het productieproces van de 

gewone chip gerekend tot MST/MEMS, maar er zijn anderen mogelijkheden, 

zoals de miniaturisering van de fijnmechanica. Hierin wordt gestreefd de 

klassieke fijnmechanische technieken op evolutionaire wijze te verfijnen 

(verkleinen), zoals boren en frezen, maar ook laserbewerkingen. 

Figuur 5 Een surface micromachined siliciumoppervak van een elektrostatische 

micromotor. 

Terwijl micro-elektronica wordt gefabriceerd met goed begrepen en 

controleerbare – CMOS, Bipolar, of BICMOS – processtappen, worden de 

micromechanische, -elektromechanische, -optoelectronische, 

-optomechanische componenten gefabriceerd met vergelijkbare processen 

waarbij met behulp van maskers selectief lokaal gedeelten van de silicon 

wafer worden weggeëtst (bulk micromachining) of met depositie van 

silicium en siliciumverbindingen (surface micromachining) nieuwe 

structurele lagen worden toevoegd ter verkrijging van mechanische en/of 

elektro- en/of optofuncties. 

Figuur 6 Bulk (links) & Surface Micromachining (rechts). 


De processen die worden aangewend ter verkrijging van deze additionele 

functies wordt wel aangeduid met micromachining (Figuur 6). Zodra er 

sprake is van structurering van devices zoals sensoren en actuatoren met 

submicron-nauwkeurigheid wordt er gesproken over micromachining. 

Micromachining is één van de technieken in het domein van de precision 

engineering (fijn-mechanica). 

De microsystemen, via microfabricage technologieën verkregen door de 

integratie van mechanische en elektrische elementen op een gezamenlijk 

silicium ondergrond (substrate), worden ook wel aangeduid met Micro 

Electro-Mechanical Systems (MEMS). MEMS is vooral in de VS de 

gebruikelijke benaming voor MST. Met MEMS worden meestal 

microsystemen aangeduid waarvan het hart bestaat uit een bewegend 

silicium onderdeel. Bijvoorbeeld een druksensor met een dun silicium 

membraam. Bij MST worden inmiddels ook andere materialen gebruikt dan 

silicium. Met name voor medische toepassingen worden uit 

kostenoverwegingen vaak kunststoffen gebruikt. De Amerikanen lossen dit 

op door over BioMEMS te spreken of over OPTOMEMS, waarmee ze het 

toepassingsgebied aanduiden. Bij BioMEMS gaat het om biologische 

toepassingen en bij OPTOMEMS of MOEMS om optische toepassingen. De 

Europese benaming MST is eenduidiger [6]. 

Er zijn drie basistechnieken van toepassing bij de fabricage van MEMS, te 

weten het afzetten van een materiaal met de gewenste eigenschappen op 

een gemeenschappelijke ondergrond (Deposition), het aanbrengen van 

een patronenmasker op het gedepositioneerde materiaal door middel van 

fotolithografische projectie (Photolithograpic Imaging) en het selectief 

wegetsen van materiaal conform het aangebrachte patronenmasker 

(Etching) [7]. 

MEMS 

MicroElectronics MicroMachining 

Microprocessor MicroActor 

Figuur 7 UML diagram met als basisklasse MEMS. 

Microelektronics en micromachining zijn 

specialisatieklassen van MEMS, en de 

microprocessor en de microactor zijn daarvan 

weer een van de vele specialisaties. 

De cruciale verschillen tussen MEMS en ICs zijn: MEMS gebruiken de 

mechanische eigenschappen van het materiaal, en ICs gebruiken de 

elektrische eigenschappen van het materiaal. ICs zijn in essentie plat, dus 

tweedimensionaal. MEMS zijn dat niet, die zijn in essentie 

driedimensionaal. De IC functies zitten ónder het chip-oppervlak. Bij MEMS 

zitten de functies juist áán het oppervlak. ICs hebben geen bewegende of 

losstaande delen, MEMS doorgaans wel. MEMS functies worden beïnvloed 

door de manier waarop ze behuisd worden, terwijl standaard ICs functies 

onafhankelijk zijn van hun behuizing. ICS zijn zodra ze als wafer de 


geconditioneerde omgeving van de foundry verlaten tamelijk ongevoelig 

voor invloeden van buitenaf. MEMS in wafer vorm zijn, nog voordat ze zijn 

behuisd, doorgaans extreem gevoelig voor invloeden van buitenaf. Deze 

gevoeligheid maakt elke post-foundry MEMS behandeling stap (wafer 

dicing, plaatsing in een behuizing, aanbrengen van de elektrische 

aansluitingen, sluiten van de behuizing) anders en duurder dan de 

overeenkomstige IC afhandeling. Op zich is het heel goed mogelijk 

sensoren met traditionele _ niet MEMS _ IC processen te fabriceren. 

Bijvoorbeeld een semi-conductor thermokoppel of thermistor. Echter 

silicium geleidt warmte redelijk goed en dat maakt een 

halfgeleiderthermokoppel, dat het van het temperatuurverschil moet 

hebben, minder efficiënt. Micromachining is dan nodig om het device beter 

thermisch te isoleren van zijn omgeving [13]. 


3. De Technologie 

Bij microsystemen is het niet noodzakelijk onmiddellijk in strikte 

afmetingen te denken. Het is niet zo dat de dimensies per se in het 

micro(n) 1 bereik moeten liggen. Menig praktisch werkend systeem kan 

orden groter zijn en wel zodanig dat men die eerder zou bemeten op de 

millimeterschaal 2 . Het zijn wel kleine structuren. En ze worden steeds 

kleiner. Men heeft het in dat verband zelfs al over MNT (micro- & 

nanotechnologie). Als vuistregel voor een maatvoering kan bij 

microtechnologie voorzichtig worden gedacht aan een technologie met een 

maatvoering groter dan 100nm. Een belangrijke publicatie uit 1996 

spreekt over 10_m als “mediaan” voor MST [1]. 

Nanotechnologie is een verzamelnaam voor allerlei technologische 

ontwikkelingen die zich afspelen op ‘nanoschaal’. Dit is een schaal waarop 

alleen de afmetingen van enkele atomen en moleculen er nog toe doen, 

want een nanometer (nm) is maar een miljardste deel van een meter. 

Nanotechnologie is geen aparte wetenschappelijke discipline, maar een 

zogenoemde enabling technology, die toepassingen kent op uiteenlopende 

terreinen als ICT, biomedische technologie, militaire technologie en 

voedingstechnologie [9]. 

Er kan nog een ander belangrijk onderscheid worden gemaakt tussen 

micro- en nanotechnologie. Microtechnologie komt neer op het alsmaar 

verkleinen van bekende of bestaande structuren (“beeldhouwen”) terwijl 

nanotechnologie kan worden voorgesteld als het opbouwen (“boetseren”) 

met behulp van atomen en (sub-nano)moleculen. 

Het is in deze context van belang onderscheid te maken tussen de 

begrippen technologie en systeem. Het onderscheid dat hier zal worden 

gehanteerd is die van elementen die volgens (met) en/of met behulp van 

een bepaalde technologie zijn gefabriceerd, enerzijds, en een zinvol 

samenstel (systeem) van dergelijke elementen anderzijds. Een 

microsysteem bestaat dus uit 1 of meer micro elementen (Figuur 7). Bij 

een systeem bestaande uit een enkelvoudige component spreekt men 

over een monolithisch systeem 3 , anders betreft het een (eventueel 

geïntegreerd) hybride systeem. Bij hybride systemen worden de 

afzonderlijke elementen geproduceerd met de meest geschikte 

technologie en vervolgens geassembleerd. Technologie is de 

verzamelnaam voor de technieken, processen, procedures etc., waarmee 

systemen kunnen worden gerealiseerd. Behalve een algemene notie dat 

het gaat over "behoorlijk kleine" systemen en dat die systemen kunnen 

worden gebouwd met behulp van micro technologieën, kan ook een 

poging worden gedaan microsysteemtechnologie (MST) te definiëren. 

3.1. Definities van MST 

“Micro-Systeem Technologie (MST) is bekend als de technologie voor het 

produceren van mechanische, fluïdise en andere (niet noodzakelijk 

elektrische) systemen, op microschaal, door middel van de technologieën 

die worden toegepast bij de productie van geïntegreerde schakelingen. De 

1 Traditioneel “niet of vrijwel niet te zien met het blote oog”. 

2 Denk alleen al aan het ruimtebeslag ten gevolge van de bounding en de packaging. 

3 Vaak nog onmogelijk te maken of te duur. 


concepten van de met MST gefabriceerde producten zijn meestal 

gebaseerd op een combinatie van disciplines."[4] 

Hier wordt onderscheid gemaakt tussen de technologie en de systemen 

waar die technologie in wordt toegepast. Dat de gebruikte technologieën 

altijd terug te voeren zijn op de productie van geïntegreerde schakelingen 

is minder overtuigend. Er zijn industrieën die voor bepaalde toepassingen 

gebruik maken van kunststoffen (polymeren) of keramische materialen. 

Een andere definitie: 

"De techniek om sensoren, signaalverwerkende systemen en actuatoren in 

een geminiaturiseerde vorm tot een systeem te bouwen dat zelfstandig in 

staat is signalen waar te nemen, te beslissen en te reageren."[2] 

Hier is inderdaad sprake van een ondubbelzinnige benadering van MST als 

technologie om (micro)systemen te bouwen. Bovendien valt het begrip 

“zelfstandig” op. Kennelijk is het klein zijn van systemen een voorwaarde 

voor zelfstandigheid en wordt het beschikbaar zijn van een energiebron 

als vanzelfsprekend aangenomen. Een dergelijk systeem moet ontworpen 

Sensor Verwerking Actuator 

1..* 1..* 

Figuur 8 Een MST systeem bestaat uit een verwerking, 1 of 

meer sensoren en 1 of meer actuatoren. Één, enkele of allen 

kunnen microstructuren zijn (energiebron niet getekend). 

worden (zie §7). Als er sprake is van significatie signaalverwerking of 

anderszins intelligente besturing (zie §6) moet het ook geprogrammeerd 

worden (Figuur 8). De technologie die ingezet wordt om microsystemen te 

maken wordt met MST aangeduid. Microsystemen bestaan meestal, maar 

niet noodzakelijk, uit vier deelsystemen: 

• sensoren die signalen meten, 

• de signaalbewerking, 

• actuatoren die interactie met de omgeving mogelijk maken en 

• de energievoorziening. 

De sensoren in microsystemen meten fenomenen als temperatuur, 

(geluids)druk, versnelling/beweging, (chemische) potentiaal, golflengte of 

zuurgraad. De signaalverwerking zal veelal plaatsvinden in de ons 

welbekende microprocessor of een specialisatie daarvan zoals de DSP 

(Digitale Signaal Processing). Vanuit dit standpunt zijn het allemaal 

informatie bewerkende systemen met embedded MST. 

Een actuator effectueert bijvoorbeeld warmte, aandrijving, potentiaal, 

geluid of licht. Een energiebron, kan het microsysteem zelfstandig laten 

werken als dat nodig is. De (deel)systemen worden, afhankelijk van de 

eisen die de microstructuren zelf stellen en de eisen die worden gedicteerd 

door hun toepassing, “verpakt” (housing). 

Een Europese definitie: 

"Microstructure products have structures in the micron range and have 

their technical function provided by the shape of the microstructure. 


Microsystems combine several micro components, optimized as an entire 

system, to provide one or several specific functions, in many cases 

including microelectronics."[8] 

Hier wordt correct onderscheid gemaakt tussen de structuurtjes en de 

systemen gebouwd met die structuurtjes. 

Energie speelt in alle microsystemen, met name bij de microactuators, 

een rol. Miniaturisatie van energiebronnen is daarom, naast een essentiële 

factor, zelf ook een MST aspect. Het ontbreken van geschikte - mini – 

batterijen, accu’s of andere energiedragers, of andere manieren van 

energievoorziening is een beperking bij de toepassing van MST, terwijl het 

verkleinen van die energiedragers zelf thuishoort in het domein van de 

chemische MST. 

Op dit moment zijn er nog maar enkele grote “killer” applicaties van MST. 

In 2002 zijn 1,3 miljard disk lees/schrijfkoppen, 750 miljoen 

inktjetkoppen, 90 miljoen airbag accelerometerunits, 30 miljoen spruitstuk 

druksensoren en 20 miljoen disposable bloeddruksensoren verkocht [17]. 


4. Domeinen van Microsysteemtechnologie 

There’s plenty of room at the bottom. Richard P. Feynman 

Het gaat dus over micro-elektronica en microprocessoren 4 , over 

microrobotica, microsensoren, microactuatoren, microchemie, microlabs 

(Lab-on-chip), micromechanica, micromachines, micromotoren, 

micromanipulatie, micropneumatiek, microhydrauliek, micro-optiek, 

microfluïdica 5 . Kortom allemaal systemen en functies ons welbekend, 

alleen nu (heel) klein. De vraag is, als deze aspecten zich allemaal in het 

applicatiedomein 6 bevinden, wat zijn dan de microtechnologische functies 

die deze systemen mogelijk maken (Figuur 9)? En welke natuurkundige 

fenomenen liggen hieraan ten grondslag? Wordt er gemeten in het 

mechanische of het elektrische of nog een ander energiedomein? En wat is 

het meetprincipe? En wat is voor een bepaalde toepassing het meest 

geschikte systeem? 

Applicatie 

«uses» «uses» «uses» 

«bind» 

«uses» 

Systeem Parameter 

Energie 

«uses» 

Meetmeth 

Fabrikage 

Figuur 9 UML modellering van de afhankelijkheid van 

de domeinen die een rol spelen bij MST. 

Er kunnen 6 domeinen onderscheiden worden die een rol spelen bij MST 

(Tabel 1): 

• het energiedomein, 

• het functiedomein, 

• het systeemdomein, 

• het applicatiedomein, 

• het meetdomein en 

• het fabricagedomein. 

Elk domein heeft zijn specifieke omstandigheden, eisen, beperkingen en 

terminologie. Het fabricagedomein is al aan de orde geweest in §2.2. Het 

applicatiedomein beschrijft het veld van toepassing van MST. Voorbeelden 

van applicatiedomeinen zijn de automotive en transport markt, de 

consumentenmarkt en natuurlijk de industrie. In het applicatiedomein 

4 Digitale en analoge informatieverwerkende systemen. 

5 Stromingstechnieken in vloeistoffen en gassen: schaalaspecten van moleculaire effecten 

zoals oppervlaktespanning, capillaire werking, viscositeit. 

6 Een domein is een onafhankelijk subjectgebied met een eigen vocabulaire [12]. 


speelt niet alleen de techniek een rol, maar ook het businessmodel. Het 

maakt technisch en commercieel nogal wat uit of er een vloeistofdruk 

moet worden gemeten in een CV installatie of in een bloedvat. Helemaal 

aan de andere kant van het spectrum kan een domein worden onderkend 

op basis van de energie of signaalvorm waarin/waarop wordt gesenst of 

geactueerd. Voorbeelden van de energieën in het energiedomeinen zijn 

elektrische, thermische en mechanische energie. Daarnaast kan een 

parameterdomein worden beschreven. Parameters binnen het elektrische 

energiedomein zijn ondermeer amplitude en frequentie van stroom en 

spanning. Parameters binnen het thermische energiedomein zijn 

temperatuur en warmtestroom(dichtheid). Binnen het mechanische 

energiedomein liggen parameters zoals plaats, snelheid en versnelling 

voor de hand. Ten slotte kan een systeemdomein worden onderscheiden 

waar wordt beschreven hoe microsystemen op basis van de te 

meten/regelen parameter en de daarbij geëigende energievorm, binnen 

de eisen en beperkingen van de applicatie kan worden vormgegeven. Hier 

spelen vragen zoals fabricage en packaging, monolithisch of hybridische 

integratie met micro-elektronica, en interfacing. Dus bijvoorbeeld, een 

mechanische druksensor en versnellingsopnemer vormen het hart van een 

systeem dat zijn toepassing vindt als draadloze en batterijloze unit voor 

het bewaken van de bandenspanning in de automotive industrie. 

Domein Wat is dat? 

Energie Met welke energievorm, wat voor 

signaal of fenomeen wordt er 

gemeten? 

Functie Welke parameter wil ik meten? 

Applicatie Waar wordt het in toegepast? Door 

wie? Voor wie? 

Fabricage Welke fabricagetechnieken worden 

toegepast voor het maken van die 

sensor of actuator? 

Meting Hoe wordt die parameter bemeten? 

Systeem Integratie van aspecten uit 

bovenstaande domeinen, inclusief 

compatibiliteit, interfacing, en 

andere beperkingen. 

Tabel 1 De verschillende MST domeinen met hun betekenis. 

De energiedomeinen en de functiedomeinen kunnen als volgt tegenover 

elkaar worden gezet (Tabel 2): 

Energiedomein Fysische parameter 

Elektromagnetische Straling Intensiteit, amplitude, energie, 

frequentie (radio..kosmisch), _, _, 

polarisatie, reflectantie, 

transmittantie, spreiding, 

interferentie, IR-straling 

Mechanisch Kracht, druk, moment, positie, 

verplaatsing, nabijheid, snelheid, 

versnelling, inertie, flow, volume, 

grenslaagdikte, dichtheid, 

viscositeit, massa, niveau, hoek, 

ruwheid, akoestische f en _ 

(vibratie), vervorming, 

(oppervlakte)spanning 


grenslaagdikte, dichtheid, 

viscositeit, massa, niveau, hoek, 

ruwheid, akoestische f en _ 

(vibratie), vervorming, 

(oppervlakte)spanning 

Thermisch Temperatuur, warmtestroom 

Elektrisch (statisch) Stroom, spanning, lading, 

weerstand, capaciteit, zelfinductie, 

diëlektrische waarde, f, t, _, 

elektrische polarisatie, veldsterkte 

Magnetisch (statisch) Veldsterkte, fluxdichtheid, moment, 

permeabiliteit, reactantie 

Chemisch Compositie, concentratie, 

reactiesnelheid, toxiciteit, O2 

verzadiging, viscositeit, 

oxydatiereductie-potentiaal, pH, 

enzymen, ionen, gas 

Tabel 2 Karakterisering van de energie- en de functiedomeinen [20]. 

Als voor het systeemdomein de fabricage van de sensor(en) en de 

eventuele actuator(en) als gegeven wordt beschouwd, resteren nog tal 

van engineeringaspecten die in beschouwing moeten worden genomen. In 

Tabel 3 is een poging gedaan een indicatieve opsomming van deze 

aspecten te geven. 

Systeemaspecten Topics 

Interfacing Parameter level 

Smart 

IEEE 1451 

Bus 

Wireless 

Ontwikkeling Analyse 

Ontwerp 

Implementatie 

Testen 

Embedded Processing & 

Conditioning. 

Software, Operating System 

Hardware, CPU, I/O, Memory 

Tabel 3 MST systeemaspecten (fabricage impliciet) 

Er is nog een andere indeling mogelijk: die naar de gebruikte 

meetmethode of het gebruikte principe (Tabel 4). Mechanische druk of 

kracht kan worden gemeten met de capaciteitverandering door de 

doorbuiging van een membraan, maar ook met de weerstandverandering 

in bijvoorbeeld een piezo resistive materiaal. 

Waarde of verandering van … meet … 

Capaciteit Afstand, kracht, vocht, diëlektrische 

constante 

Piëzo (Ohms en Elektrisch) Kracht, buiging, torsie, druk 

Hall effect (Ohms en Elektrisch) Magnetische inductie 


Foto-Voltaïsch Licht-, warmtestraling 

Materiaalverandering Gas, vocht 

Thermokoppel Temperatuurverschil 

Optisch Niveaudetectie 

Weerstand Temperatuur, druk, gas 

Frequentie Mechanische, chemische en 

elektrische verstoringen 

Tabel 4 Verband tussen enkele meetprincipes en de te meten grootheid. 

In dit hoofdstuk zal een poging worden gedaan een aantal 

applicatiedomeinen te verkennen met als doel uiteindelijk de voor die 

applicaties benodigde MST functies en systemen vast te stellen. Tabel 5 

geeft een aantal applicatie domeinen met voorbeelden [1][5]. 

Domein Karakteristieken 

Draagbare werkplek voor 

informatie behandeling 

Draagbare werkplek voor 

materiaal behandeling 

Draagbare persoonlijke 

apparatuur 

Draagbare of 

implanteerbare zorg, 

diagnostiek en 

therapeutische middelen 

Data opslag 

Displays 

Printers 

Scanners 

Toetsenborden 

Muizen 

Microfoons 

Luidsprekers 

Micro-optische systemen 

Microchemische analyse (zie bij Bepalen en 

vaststellen) 

Micro-fluïdise systemen 

Kleding 

Domotica 

Ontspanning 

Nomadisch Internet/Computer 

Lichaamsfunctie bewaking 

Farmaceutica toediening 

Slimme pillen 

Kunstmatige zintuigen 

Kunstmatige lichaamsfuncties 

Gehoortoestellen 

Ziekenhuis Tele-operatie 

Minimale invasieve heelkunde 

Intensive care bewaking 

Beeldapparatuur 

Therapeutische middelen 

Productie Proces industrie 

Product industrie 

Land- en tuinbouw 

MST productie- en test faciliteiten 

Productieuitrusting 

Precisieproducten 

Transport Richting- & positiebepaling 

Botsingvermijding 


Motormanagement 

Veiligheid, beveiliging, comfort 

Beveiliging Gebouwbeveiliging en veiligheid 

Inbraakpreventie 

Kinderen, gehandicapten en ouderen 

Machine en machinepark inspectie 

Gewasbewaking 

Milieu 

Onderzoek Micro probe technieken 

Celmanipulatie 

Nanomanipulatie 

Nanosynthese 

Bepalen en vaststellen Chemische analyse systemen 

Micro-atoomklok 

Microscopie 

Communicatie Optische communicatie 

Optische schakelaars 

Instrumentatie Fysisch meten 

(Bio)Chemisch meten 

Inspectie 

Automatisering, robotica & controle 

Informatie behandeling 

Identificatie, toezicht 

Land-, Tuinbouw & 

Biotechnologie 

Biocompatibiliteit, duurzame & milieubewuste 

productie, bederfelijkheid 

Tabel 5 applicatie domeinen met hun karakteristieken 

4.1. MST in de instrumentatie 

Instrumentatie is een wijds begrip. Het gaat hier om de inzet van 

apparatuur ter observatie, detectie, inspectie en controle. 

Instrumentatietechnologie vindt zijn toepassing in een groot aantal 

gebieden zoals de industrie en de milieutechniek maar ook in 

geavanceerde toepassingen zoals in de lucht- en ruimtevaart, defensie en 

R&D. 

Bij milieutechniek gaat het om het opsporen, observeren en voorkomen 

van verontreiniging van lucht, bodem, oppervlakte- en grondwater. 

In de industrie ligt de nadruk, mede onder druk van de concurrentie en 

milieueisen, op het beter beheersen van product(ie)kwaliteit en 

productieveiligheid, de productiekosten en de milieubelasting. In alle 

gevallen opereren microsystemen in vijandige omgevingen. De 

instrumentatie microsystemen, en de microsensoren in het bijzonder, 

staan bloot aan agressieve en explosieve stoffen, hoge temperaturen en 

drukken. 

Naast de industriële, milieutechnische en high-end toepassingen zijn 

instrumentatie aspecten terug te vinden bij de medische technologie (zie 

§4.2), de consumentenbranche (zie §4.3), het transport (zie §4.4), de 

agricultuur (zie §4.5) en de ICT (zie §4.6). 

Er is een toenemende vraag naar meer en nauwkeuriger meten en regelen 

(M&R) van discrete en niet discrete 7 processen. Kwaliteitsborging & 

7 Enkel stuks fabricage vs. continu proces industrie. 


kwaliteitsverbetering van het product, veiligheid en optimalisatie van de 

productie en de geïnduceerde milieubelasting zijn de drijvende krachten 

achter de vraag naar geavanceerde M&R apparatuur. 

Sensoren vervullen een belangrijke functie bij het meten, monitoren en 

inspecteren van een proces of object. Ze leveren de transformatie van 

natuurkundige, chemische en biologische grootheden 8 naar het elektrische 

domein. De aldus verkregen analoge of digitale representatie kan zo 

lokaal of remote worden verwerkt. Bij het regelen van een proces ligt de 

focus bij de actuator waarbij doorgaans een omgekeerde transformatie 

plaatsvindt, d.w.z. van het elektrische informatiedomein naar, mogelijk, 

een niet-elektrisch domein. Het informatieverwerkende gedeelte van het 

instrument – hardware, microprocessor en software – zal steeds vaker 

geïntegreerd zijn met sensoren en actuatoren. 

De drijfveren voor de toepassen van MST bij instrumentatie zijn ondermeer 

de portabiliteit, d.w.z. beperkingen naar geometrie, gewicht en 

energieconsumptie. Deze beperkingen kunnen opgelegd worden door de 

beschikbare ruimte (in-situ toepassingen) maar evenzo afgedwongen zijn 

door de ongewenstheid van de beïnvloeding van de meting, bijvoorbeeld 

door de toegevoegde warmte ten gevolge van de energiehuishouding van 

het device. 

In het verlengde van portability en power requirements liggen 

toegankelijkheidseisen zoals de gewenstheid van lokale (geïntegreerde) 

intelligentie, autonomie (autoprocessing, auto-calibratie, self-test) en de 

mate van bedrijfszekerheid (Bijlage II; Betrouwbaarheid) van de 

applicatie. 

Door het toepassen van multiple sensoren en actuatoren kan niet alleen 

de faalbestendigheid van de gehele sensor/actuatorsamenstelling 

verbeteren, maar het geeft in potentie ook een betere sensorresolutie en 

actuatorprecisie en een betere storingsonderdrukking (CCR). 

Als er een combinatie kan worden gemaakt van meerdere units, elk 

bestaand uit sensoren, actuatoren en lokale processing en communicatie 

tussen die units, dan is er sprake van een gedistribueerd systeem 9 . 

De totale kosten van instrumentatie beperken zich niet tot productie en 

gebruik daarvan, maar betreffend ook de sociale context en de milieu- en 

veiligheidsaspecten. De relatief lage kosten van microsystemen zorgen 

ook voor een reductie in het ver/gebruik van grondstoffen, chemicaliën en 

energie en de verbetering van de veiligheid van het te instrumenteren 

proces. 

Parameters die in het instrumentatiedomein een rol spelen zijn CO, CO2, 

NOx, SOx, geur, mengsel, kleur, troebelheid, dichtheid, viscositeit, 

temperatuur, (lucht)vochtigheid, snelheid, (partiele) drukken pO2, pCO2, 

concentratie, zuurgraad pH, gehalte van suikers, zouten. 

Voorbeelden: Microrobots voor inspectie en reiniging op slecht 

toegankelijke en gevaarlijke plekken. Draadloze, gedistribueerde, 

sondering in olie en gasvelden, in de meteorologie, seismologie en 

hydrologie, maar ook het draadloos monitoren van de bandenspanning en 

8 Doorgaans wordt verschil gemaakt: fysische en chemische sensoren. De eersten 

omvatten elektrische, optische, mechanische, magnetische en temperatuur sensoren en de 

tweede groep zijn al de sensoren die de aanwezigheid van bio(chemische) substanties 

vertalen naar een elektrisch signaal. 

9 Distributed systems zijn systemen die met één of meerdere verschillende parameters al 

dan niet verdeeld in ruimte en tijd interfacen. 


andenslijtage bij auto’s en vliegtuigen. Microactuators voor 

microbehandeling, micropositionering, microassemblage, microtransport 

en microdispensie. En natuurlijk pervasive & ubiquitous computing (zie 

§11), d.w.z. het intelligente gebouw[5]. 

4.2. MST in de medische technologie 

It would be interesting in surgery if you could swallow the surgeon. Richard P. Feynman 

Een algemene karakteristiek van medische applicaties is de eis om de 

patiënt zo min mogelijk te belasten met de aanwezigheid en de 

beperkingen van de toegepaste technologie. De tijd die het de patiënt tot 

last is, moet zo kort mogelijk zijn. De traumatische bijverschijnselen 

moeten geminimaliseerd worden. Nauwkeurige plaatsing in of aan het 

lichaam helpt daarbij. Beperkt gewicht en afmeting zijn tot voordeel, 

evenals een gereduceerde energieconsumptie. Energie-efficiëntie 

verbetert de implantatieduur bij implantaten en vermindert de warmte 

afgifte ter plaatse. 

Door een verbetering van de diagnostiek is een vroegtijdiger en minder 

ingrijpender behandeling van de aandoening mogelijk. Na de vaststelling 

van morfologische en functionele afwijkingen van het lichaam is er 

behoefte aan behandeling zonder traumata aan het omringende, gezonde 

weefsel. Dit heeft geresulteerd in meer en meer specifieke therapieën, 

zowel in behandeling, als naar plaats en tijd. Het nauwkeurig toedienen, 

op specifieke plaatsen en op specifieke momenten van kleine 

hoeveelheden specifieke medicamenten is daar een voorbeeld van. 

De kwaliteit van het leven en zelfredzaamheid kan dramatisch worden 

verbeterd als disfunctionele lichaamsfuncties kunnen worden vervangen, 

of ondersteund. Bijvoorbeeld gehoortoestellen, pacemakers 10 , 

insulinepompen, prothesen, draagbare beademingssystemen. 

Bij al deze vereisten heeft MST speciale voordelen: In-situ operaties 

vragen om specifieke meting, zowel naar parameter als ook naar plaats en 

tijd, gekoppeld aan of gevolgd door minimale traumatische therapie. Het 

laatste impliceert minimale invasieve diagnostiek (b.v. navigeerbare 

endoscopie) en behandeling, zoals zeer specifieke medicatie en minimale 

of non-invasieve 11 chirurgie. Met functie integratie & mechanische 

flexibiliteit is MST ongeëvenaard in het op menselijke schaal verkleinen en 

integreren van sensoren en actuatoren, zodat het compatibel kan zijn met 

de biologische schaal van het leven. Verder maakt de hoge graad van 

integratie het mogelijk te integreren met transponders, zo de nadelen van 

bedrading en voeding vermijdend en daarmee de betrouwbaarheid en 

storingsongevoeligheid verhogend. Ten slotte kan met MST kostenreductie 

worden gerealiseerd zowel in het high value-added, low-volume segment 

(b.v. implantaten) als in de low-cost, high-volume markt (disposable 

bloeddruk en hartslagmeters). In alle gevallen zal de technologie (sensor, 

communicatie en processing) kansen bieden aan de sociale werkelijkheid 

van de stijgende kosten van de gezondheidszorg, de vergrijzing en de 

noodzaak eerder ziekten te detecteren. 

10 

Er zijn rate/frequency resonsive pacemakers (in ontwikkeling) die anticiperen op 

inspanning d.m.v. bewegingsensoren. 

11 

Zelfs non-invasieve technieken vereisen soms invasieve acties (b.v. contrastvloeistof). 


Figuur 10 Textielweefsel met geïntegreerde geleidende vezels, electrodes 

en reksensor [14]. 

Mensen raken zo gewend aan alom aanwezige, nabije intelligentie, 

communicatie en interactiviteit, dat het goed voorstelbaar wordt dat alle 

mogelijke lichaamsfuncties continue worden gemonitord en/of 

geregistreerd. Sporters en hartpatiënten kunnen baat hebben bij het op 

afstand laten volgen en beoordelen van cruciale lichaamsfuncties. Zeker 

als de sensoren van die functies worden geïntegreerd in kleding (Figuur 

10). De integratie van MEMS in textiel wordt aangeduid met smart textiles. 

Textiel wordt hier gebruikt als een flexibel substraat voor elektronische 

circuits en sensoren en is voor lichaamsspecifieke sensoren een heel 

vanzelfsprekende substraat. 

Huidige bloeddrukmetingen (tensie) met een knellende manchet zijn niet 

erg nauwkeurig en ook niet geschikt voor volcontinu bedrijf. Invasieve 

methoden zijn voor niet-klinisch gebruik ongeschikt en in een klinische 

omgeving evenzo goed belastend voor de patiënt en personeel en niet 

zonder risico. Door het meten van verschillende cardiovasculaire 

parameters, zoals pulsgolfsnelheid, is de bloeddruk te berekenen. Als een 

dergelijk meetsysteem wordt voorzien van een Bluetooth interface 

ontstaat een mobiele, continue, non-invasieve bloeddrukbewaking voor 

thuis en onderweg met geheel nieuwe diagnostische en therapeutische 

mogelijkheden. Deze aanpak heeft al een betere correlatie en standaard 

deviatie laten zien dan andere niet invasieve methoden [16]. 


Om de locatie van de ziekte van Parkinson in het brein vast te stellen, 

dient het activatiepatroon van de aangedane cellen te worden 

geanalyseerd. Daartoe is het van belang in een beperkt gebied 

nauwkeurig en accuraat micro probes te kunnen positioneren. De 

positionering van de micro-elektrodes is geen handwerk meer maar 

gebeurt met een manipulator die is uitgerust met een high-precision 

micromotor die het mogelijk maakt reproduceerbaar een vooraf 

geselecteerd traject af te leggen (Figuur 11). 

Figuur 11 Micromanipulator met 

hersencelelektrode. 

Zodra het verdachte gebied is geïdentificeerd, kan Parkinson worden 

behandeld met implanteerbare stimulators. Het stimuleren van de 

hersencellen in het vastgestelde gebied onderdrukt bepaalde transmissies 

van de beschadigde cellen en voorkomt, of in ieder geval onderdrukt, het 

karakteristieke beven (tremolo) van Parkinson patiënten [15]. 

4.3. MST in consumentenproducten 

Hoewel de vraag in hoeverre MST kan worden toegepast in de thuiszorg 

evengoed ook in §4.2 beantwoord had kunnen worden, komt ze hier aan 

de orde. Belangrijkste reden is dat voor massale toepassing van MST in de 

thuiszorg qua gebruikersgemak, gebruikersacceptatie en kosten eerder te 

vergelijken zal zijn met consumententechnologie dan met medische 

technologie. 

Figuur 12 Continue monitoring van vitale functies. 


Het is intussen evident dat door de vergrijzing in toenemende mate een 

beroep zal worden gedaan op zorg. Tegelijkertijd willen ouderen zo lang 

mogelijk zelfstandig blijven, het liefst thuis. Er zal een toenemende vraag 

zijn naar slimme systemen die een vanzelfsprekende, comfortabele en 

toegankelijke omgeving creëren in het dagelijkse leven van ouderen en/of 

mindervaliden en dat dan nog binnen budgetten die niet vanzelfsprekend 

zullen groeien (Figuur 12). Omdat de vergrijzing (ook) een Europees 

probleem is heeft de Europese Commissie initiatieven ontplooid die 

worden aangeduid met AAL (Ambient Assisted Living).Thuiszorgsystemen 

waar MST, in combinatie van signaalverwerking en communicatie, een rol 

zou kunnen spelen zijn valdetectoren, slimme blindengeleiding, 

afwijkingen in lichaamsfuncties zoals hartslag, ECG, hypertensie en 

zuurstofsaturatie (SpO2), signaleren van brand, rook en gevaarlijke 

gassen, lekkages aan waterleiding, wasmachines en koelkasten, voorraad 

beheer van levensmiddelen en medicijnen en indringeralarmering. Hierbij 

draait het om het draadloos netwerken van sensoren in objecten zo veel 

als mogelijk en nodig is, zelfs naar buiten toe. Te denken valt zelfs aan 

intelligente muren (MST in verf), intelligente vloeren (MST in de vloer of in 

de vloerbedekking), intelligente bedovertrekken en kleding (MST in textiel) 

[23]. 

Een van de weinige “MST killer applications” zijn microdisplays/mirrors. Het 

is gebaseerd op een optische MEMS (OPTOMEMS) technologie, waarbij met 

behulp van matrices van elektronisch kantelbare microspiegeltjes – de 

pixels – licht wordt gemoduleerd (Figuur 13). Het wordt toegepast in 

digitale TV’s, projectoren voor thuis en professioneel gebruik tot aan 

bioscoop formaat, met een nauwkeurigheid, resolutie, gewicht en andere 

relevante specificaties vele malen beter dan conventionele display 

technieken. 

Figuur 13 Een micromirror is schanierend opgehangen het zo mogelijk makend 

met een frequentie totaan enkele kHz van en naar een lichtbron te kantelen en 

daarmee een lichter of donkerder pixel tot stand te brengen. 

Aardige huis-tuin-en-keuken voorbeelden zijn de 

toepassing van accelerometers (dezelfde die ook airbag’s 

worden toegepast, zoals de ADXL familie 

accelerometers van Analog Devices) in joysticks. Of 

een micropiëzomotor voor aandrijving van de 

stroomafnemers van modelbaan locomotieven 

(Figuur 14). 

De nieuwste digitale opneem- en afspeelapparatuur Figuur 14 

maakt al gebruik van MST. De verwachting is dat het 

Elektrische model 

loc met 

een belangrijke bijdrage zal leveren aan verdere 

micromotor 

miniaturisatie van informatiedragers. 

aangedreven 

Tenslotte kan MST, mits in gedistribueerd veelvoud pentograven 

aangebracht in witgoed, zoals koelkasten, drogers (Märklin). 

en wasmachines, een veel nauwkeurigere en 

betrouwbaardere schakel vormen in het meet & regel proces. 


4.4. MST in het transport 

Op dit moment zijn er ongeveer 100 potentiële toepassingen voor MST 

denkbaar in het “automotive” domein. In de duurdere personenauto’s 

(zoals b.v. BMW 7xx en Mercedes Benz 5xx) worden deze het eerst 

toegepast (Figuur 15). Te denken valt hierbij, naast natuurlijk de airbagvertragingsopnemer, 

aan temperatuursensing en oliedrukmeting (zie 

verderop), aan inlaatspruitstukdruksensoren (manifold absolute pressure, 

MAP) en oliekwaliteitsensoren, kortom alles wat te maken heeft met het 

(verbrandings)motormanagement (electronic engine control system, EECS) 

in het kader van bedrijfszekerheid, brandstofgebruik, en 

luchtverontreiniging. 

Figuur 15 Automobiele sensorsystemen. 

DTR: Distronica CDI: Common-Rail Diesel Injection 

KLA: Automatic Climate Control EGS: Electronic Transmission Control 

DBE: Roof Control ABC: Active Body Control 

ABS: Atomatic Brake Control RDK: Tire Pressure Monitoring 

ZV: Power Lock ESP: Electronic Stability Programme 

LWR: Dynamic Light Regulation PTS: Parktronic System 

De belangrijkste spelers in de MAP-markt zijn ondermeer Bosch, Delphi, 

Denso en Kavlico. MAP sensoren zullen in 2007 naar schatting voor $5 of 

minder over de toonbank gaan. Crash accelerometers ter aansturing van 

airbags (frontaal, zij- en achterwaarts) worden vooral gemaakt door AD, 

Denso, Freescale en Sensonor/Infineon. 

In het kader van het (voertuig)comfort en veiligheid valt te denken aan de 

gier (“yaw”) of hoek(afwijking) sensor, regensensing, vorstdetectie, 

wielsnelheidsensing en de bandenspanningsensing 12 . Bij een jaarlijks 

dodental in de EU van 40.000 bij 1,3 miljoen incidenten is het verbeteren 

van de verkeersveiligheid d.m.v. automatische obstakeldetectie en 

(micro)systemen ter ondersteuning van de chauffeur voor een tijdige en 

adequate reactie bij gevaarlijke situaties geen overbodige luxe. 

Bij de yaw en/of angular rate sensoren wordt de rotatie(snelheid) 

gemeten ten opzichte van een centrale as en wordt in combinatie met GPS 

gebruikt voor de voertuiglocatie en -oriëntatie, of voor de initiële detectie 

van slippen en kantelen. Deze units zijn te koop voor $20 à $25. 

Belangrijke leveranciers zijn AD, Bosch, Denso en Freescale. 

Het meten van wielsnelheid met MST Hall effect (HE) sensoren en 

anisotropic magnet resistive ratio (AMR) sensors is van belang voor 

12 Verplicht in de VS op modellen 2007. 


Antilock Braking Systems (ABS) en de bandenspanningbewaking bij 

moderne auto’s. (Hall ASIC: Infineon) 

Een te lage bandenspanning geeft een onnodig grote slijtage en verhoging 

van temperatuur. Een te hoge temperatuur leidt op zichzelf ook weer tot 

meer slijtage. In extreme vorm kan het culmineren in een klapband. De 

bandenspanning kan worden bepaald op een directe en een indirecte 

methode. De indirecte methode komt neer op het meten van het verschil 

van de omloopsnelheid van de twee wielen, d.m.v. wielsnelheid sensoren 

en uitgebreide processing. Het verschil in wielsnelheid is een functie van 

de bandenspanning. Bij de directe methode wordt de bandenconditie 

gemonitord door een wireless module die bestaat, naast een zender, uit 

een druksensor, een temperatuursensor, een accelerosensor en signaal 

conditionerings-elektronica. De kosten van een dergelijke module worden 

per 2007 voorzien op 12 à 15 US$ per wiel. Freescale, Melexis, Shrader/GE 

NovaSensor en VTI zijn de marktleiders op dit gebied. 

In de nabije toekomst worden voor de applicatie van MST in automotive 

een aantal belangrijke ontwikkelingen voorzien en/of algemener 

toegepast, zoals hogedruk common-rail brandstof injectie sensoren, 

detectie van oliedegradatie (oxidatie, roetvorming, waterverontreiniging), 

benzinetank dampvorming sensoren (On Board Diagnostics, OBD), 

adaptieve remdruk als functie van b.v. de af te remmen massa of als 

onderdeel van het ABS, X-by wire (rijden, sturen, remmen) positie 

sensoren, nokkenas en krukas positie sensing, detectie van de 

aanwezigheid, het gewicht, de stand en de positie van het lichaam van 

chauffeur en passagiers voor het regelen van de airbag ontplooiing, 

accelerometers, yaw rate sensors en andere sensoren voor het rijgedrag 

en weggedrag (vering), airbags en GPS back-up; pressure sensors voor de 

aandrijflijn, remmen, koeling, banden; position sensors voor wielsnelheid, 

pedaal positie; vochtigheidssensoren voor het cabinecomfort; zonlicht en 

regen/condens sensing; afstand sensoren voor obstakel nabijheid 

detectie; koplampen afstelling. 

Te verwachten valt de komende 5 à 7 jaar een significante toename van 

het gebruik van MST in automotive. Dat wordt, naast ander factoren, 

veroorzaakt door de volgende omstandigheden: 

• Langere garantietermijnen, 

• Strengere wetgeving met betrekking tot de verkeersveiligheid, 

brandstofgebruik en emissie, 

• Toenemende voertuig performance en comfort, 

• Beschikbaarheid goedkope microcontrollers, geheugens en displays, 

• Verbeterde voertuigdiagnostiek 

De druksensor was de eerste commercieel 

succesvolle toepassing van 

microsysteemtechnologie (Figuur 16). 

Bijvoorbeeld de oliedruksensor voor de 

‘automotive’ industrie. Een dergelijk sensor 

bestaat uit een dun silicium membraam, dat een 

dikte kan hebben van enkele microns. In dit 

membraam worden sporen aangebracht die van 

eigenschap veranderen als er een mechanische 

spanning op de membraam komt. Meestal 

verandert dan de elektrische weerstand van de 

aangebrachte laag. De sensor meet de druk door 

Figuur 16 Druksensor 


feitelijk deze elektrische weerstandsverandering te meten[6][14][17]. 

4.5. MST in de Land & Tuinbouw en de Biotechnologie 

Het menselijk/dierlijk reukvermogen is voor sommige 

geuren goed ontwikkeld. Wij kunnen, na de nodige 

oefening, wijn neuzen, en, zonder al te veel oefenen, 

vaststellen of de vis nog vers is (Figuur 17). De 

menselijke/dierlijke reukzin is adoptief, selectief en 

redundant. Dergelijke overwegingen gelden ook voor het 

zicht en tastzin. Kunnen artificiële sensoren geuren, tinten 

en tactiliteit meten? Dit zijn de vragen die spelen in de 

agricultuur en de biotechnologie. En dat niet alleen, maar 

ook de vraag of sensoren de aanwezigheid van bacteriën, 

schimmels, virussen of insecten kunnen aantonen. 

Figuur 17 

Kostunrix 

voor verse 

vis. 

In de eerste plaats is er het voortdurende streven naar efficiëntere en 

kwalitatief betere productie, door middel van biocompatibele sensoren en 

actuatoren voor proces inputdosering (b.v. zonlicht en voeding) en het 

beheersen van kwaliteit (versheid, gezondheid) van tussen- en 

eindproducten. 

Daarnaast zijn er toenemende belemmeringen voor het vrijkomen van 

afvalproducten, zoals NH3, NOx, herbiciden en pesticiden waarbij 

fijnmazige, lichtgewicht en kostenefficiënte toepassing van MST een rol kan 

spelen. Dat alles betreft grote hoeveelheden gewas en vee, bij akkerbouw, 

glas- en tuinbouw en de veeteelt en de veehouderij. 

Een probleem is de voeding van al die verspreide sensoren en actuatoren. 

Het geregeld vervangen van grote hoeveelheden accu’s/batterijen is 

ondoenlijk en bijvoorbeeld bij implantaten onwenselijk (zie ook §5, The 

Power Factor, m.n. de RFID chip). Aan de actuerende kant zijn er 

mogelijkheden om injecterende, doserende actuatoren te realiseren op 

basis van RFID, d.w.z. devices die hun actie-energie putten uit een extern 

elektro-magnetisch veld. 

Daarnaast, ook gezien dezelfde geografische spreiding, ligt het voor de 

hand dat al die microsystemen draadloos met elkaar en met centrale 

systemen kunnen communiceren. 

Niet uitputtend, en ook niet uniek voor deze sector, zijn de kenmerken die 

zeker een rol spelen: 

• Geur 

• Grijstinten en kleur, plaatselijk en integraal 

• Vochtigheid 

• Gasconconcentraties (NH3, NOx, CO2, alcohol, keton’s, ester’s, 

benzol’s, etc.) 

• Vloeistofconcentraties 

• Belichtingspectra 

• Temperatuur 

• Druk 

• Beweging 

• Buiging 

• Positie 

Een andere interessante ontwikkeling zijn actuatoren die een voor 

schadelijke bacteriën, schimmels, virussen of insecten aantrekkelijk, 


kwekend of verzamelend microklimaat kunnen vormen of plant/dier 

onderdelen kunnen nabootsen [5]. 

4.6. MST in de ICT 

Er is een zeker overlap met MST in consumentenproducten (§4.3), zoals 

MST in de harddisk (microdrive/motors) van de PC en de digitale camera. 

Microdrives in harddisks zorgen zowel voor de rotatie van de platen 

(15.000 rpm) als voor de lineaire verplaatsing van de lees/schrijf koppen 

(Figuur 18). 

Figuur 18 Een diskpakket van 10 schijven met de 

read/write-koppen. 

Een specifiek voorbeeld van MST in ICT zijn optische schakelaars in 

backbone servers. Het gemoduleerde licht uit een glasvezel wordt met een 

optische schakelaar met een, bijvoorbeeld elektrostatisch aangedreven, 

microspiegeltje geschakeld naar een andere glasvezel. Toepassing van 

microsysteemtechnologie loste een groot probleem op bij 

distributiebedrijven waarvan de schakelcentrales hele verdiepingen 

begonnen te beslaan. Waar een mans-grote schakelkast nodig was met 

conventionele elektronicaoplossingen, verstuurde 

microsysteemtechnologie dezelfde hoeveelheid informatie met een 

apparaat ter grootte van een schoenendoos. De groeiende behoefte aan 

informatie (opkomst Internet en mobiele telefonie [6]) stuurt de 

wereldmarkt voor dit type MST-schakelaars aan. 

Een inkjetprinter is een printer die vloeibare inkt op papier 'sproeit'. In 

feite wordt er met wat kracht een druppeltje op het papier gespoten. Er 

zijn zwart/wit en kleuren inkjetprinters. Inkjet printers kunnen worden 

ingedeeld naar de 2 verschillende soorten technologieën die worden 

gebruikt: piëzo-inkjet en thermische inkjet. 

Bij piëzo-inkjet printers bevindt zich achter ieder kanaal van de printkop 

een piëzo-elektrisch element. Door op dit element een elektrische puls te 

zetten, verandert dit element van vorm. Door deze snelle 

vormverandering wordt er een schokgolf opgewekt in het bijbehorende 

inktkanaal. De schokgolf zorgt ervoor dat één of meer druppeltjes inkt uit 

het kanaal worden geschoten. De Japanse firma Epson is de enige die dit 

soort inkjetprinters op de markt brengt voor kantoor- en 

thuistoepassingen. Epson bezit ook alle belangrijke octrooien voor deze 

technologie. 

Bij thermische inkjet printers bevindt in ieder inktkanaal een klein 

verwarmingselementje. Door hierop een elektrische puls te zetten, vormt 

zich lokaal een dampbelletje in de inkt, dat na het uitzetten van de puls 


weer implodeert. Door deze implosie wordt in de inkt een schokgolf 

opgewekt. De schokgolf zorgt weer voor het wegschieten van een 

druppeltje inkt. Thermische inktjetprinters worden aangeboden door 

verschillende fabrikanten. De voornaamste zijn Hewlett-Packard, Canon 

en Lexmark [Wikipedia]. 


5. The Power Factor 

Als de vraag hoe MST economisch kan worden aangewend en toegepast 

moet worden beantwoord loopt men onvermijdelijk aan tegen de vraag 

over de energievoorziening van MST. Als de energievoorziening met 

standaard cellen (“accu’s”) bij apparatuur zoals mobiele telefoons, PDA’s 

en laptops zowel naar beheer, onderhoud en capaciteit als naar gewicht 

en afmeting al een probleem is, dan is dat het zeker bij autonome 

systemen van vele orden kleiner zoals MST. Met het oog op de zich snel 

ontwikkelende aspecten ubiquitous computing en ambient intelligence (zie 

§11) bij automotive, rondom huis en haard, in de industrie, 

gezondheidszorg, transport en logistiek, waar autonome en 

gedistribueerde MST de sleuteltechnologie zal zijn, zal er een toenemende 

vraag zijn naar intelligente autonome (“autarkic”) energievoorziening. De 

energievoorziening moet intelligent zijn omdat voor efficiënt gebruik het 

gedrag van de voorziening adaptief moet zijn afgestemd op de (variante) 

vraag, en het moet zelfstandig zijn omdat beheer, onderhoud en 

vervanging duur, ongewenst of zelfs onmogelijk is. Zelfstandig betekent in 

dit verband dat de energievoorziening langdurig dan wel onbeperkt 

autonoom is. Die autonomie veronderstelt ook wireless communicatie, 

want een device dat wel de energievoorziening aan boord heeft maar voor 

de communicatie nog bedrading nodig heeft met zijn omgeving is slecht 

voorstelbaar (Figuur 19). 

Figuur 19 Bouwblokken van een energie-autonoom microsysteem. 

Voor de energievoorziening kan op voorhand een tweedeling worden 

gemaakt. Enerzijds de primaire (batterij) en secondaire (accu) cellen, 

anderzijds systemen die energie onttrekken aan/uit hun omgeving. Merk 

op dat de interfaces die energie “oogsten” uit hun omgeving in zekere zin 

ook sensoren zijn, alleen zijn het hier energiesensoren, geen 

signaalsensoren. 

Bekende primaire en secondaire cellen zijn gebaseerd op Alkaline, Lithium 

Ion (Li-ion) of Nickel Metal Hydride (Ni-MH) chemie. Verbeteringen aan 

deze technologieën zijn evolutionair en brengen – op zijn minst tot nu toe 

– niet de verbeteringen in prestatie/gewicht en prestatie/afmeting die 


noodzakelijk zijn in combinatie met MST. In ontwikkeling zijn de 

microbrandstofcellen (micro fuel cells) gebaseerd op methanol, waterstof 

of zelfs bacteriologisch metabolisme, al dan niet gecombineerd met een 

accu of een supercapaciteit. Het voordeel van fuel cells is – vergeleken 

met batterijen – hun langdurige beschikbaarheid en hun energiedichtheid. 

De energiedichtheid is ongeveer 100x beter dan bij oplaadbare secondaire 

cellen. Het voordeel van de hybride benadering van een fuel cell met een 

accucel of een supercapaciteit is gelegen in feit dat de fuel cell het 

continueverbruik verzorgt en de accu/supercap de piekbelasting. De 

accu/supercap wordt dan op lading gehouden door de fuel cell. Een fuel 

cell kan zo worden gedimensioneerd dat deze precies in overeenstemming 

is met de energiebehoefte van het te voeden systeem. Dit is niet zo met 

standaard cellen. Fuel cells voldoen het best bij langdurige/gelijkmatige 

maar beperkte energieleverantie. Micro fuel cells zullen in de toekomst 

zonder enige twijfel van grote betekenis worden als compacte en 

hoogefficiënte energieconverters, eerst in niche-markt applicaties, later in 

consumentartikelen. 

Het streven naar een minimaal energiegebruik van micro-elektronica gaat 

zelfs zo ver dat soms helemaal geen batterij of accu meer nodig is. Men 

kan bijvoorbeeld energie oogsten uit de omgeving met behulp van een 

piëzoelement, een thermokoppel, een elektromagnetisch veld of een 

zonnecel (Figuur 20 en Tabel 5). Deze lijken dus op sensoren in de zin dat 

ze een niet elektrische grootheid omzetten in een elektrische, alleen nu 

met als doel de overdracht van energie in plaats van informatie. De 

sensoren kunnen heel goed 

microsensoren zijn. 

Energievoorziening die wordt 

onttrokken aan de omringende 

“sea of energy”, kunnen 

bijvoorbeeld gebaseerd zijn op 

zonne-energie, 

stralingsenergie, mechanische 

of thermische energie, maar 

ook uit bio-chemische 

omzettingen (zie Tabel 2). 

De datacommunicatie zal ook 

low-power moeten zijn. Daar de 

powerconsumptie bij 

datacommunicatie afhankelijk is 

van de verbindingsafstand en van 

de bitsnelheid zal de technologie 

(optisch, akoestisch, inductieve 

koppeling of radiofrequent zoals 

Bluetooth en ZigBee) daarop 

afgestemd moeten zijn (zie ook 

§6). 

Naast fuel cells wordt er gewerkt 

aan de ontwikkeling van 

microgasturbines. 

Voorbeelden van het aanwenden 

van mechanische energie zoals 

druk en vibratie zijn 

Figuur 20 Energiebronnen 

en energiemanagement. 

Tabel 5 Voorbeelden van 

energiebronnen en corresponderende 

opbengst. 


piezoelektrische omzetters in schoenen, voor de energievoorziening van 

portabele devices, maar ook voor het voeden van 

bandenspanningsensoren (Zie §4.4). 

Welbekend is het principe van de omzetting van het thermische naar het 

elektrische domein met behulp van thermogenerators. De 

thermogenerators bestaan uit meerdere 

gekoppelde thermokoppels (thermopiles). 

Thermokoppels werken op een 

temperatuurverschil. Het temperatuurverschil dat 

kan worden aangewend is die tussen bijvoorbeeld 

(verbrandings)motor en de omringende lucht of 

lichaamswarmte en de omringende lucht of de 

zon- en schaduwzijde van objecten. 

Thermogenerators leveren al enkele _A/K. 

Microthermogenerators ter vervanging van de 

conventionele knoopcel kunnen worden ondergebracht in het zelfde miniformaat 

als in polshorloges (Citizen), autosleutels of een combinatie 

daarvan (Figuur 21). Thermogenerators zouden ook kunnen worden 

gebruikt voor bandenspanningmonitoring (Zie §4.4) [21][22]. 

Een bekend voorbeeld van het toepassen 

van de omzetting van stralingsenergie in 

elektrische energie (en vice versa) is de 

Radio Frequency Identification (RFID) chip 

(Figuur 22). Deze chip is voorzien van een 

antenne waarmee tegelijk met de 

informatie de energie van de drager van 

dit data signaal, de elektromagnetische 

straling, wordt gebruikt voor een 

kortstondige activering van het informatie 

verwerkende gedeelte. 

Figuur 21 Themische 

generator in 

knoopcelformaat. 

Figuur 22 Een ePC (electronic 

product code) RFID “tag”. 


6. Informatiebewerking in MST 

Geen MST zonder uitgebreide embedded processing. 

Informatiebewerking is het verzamelbegrip voor alle vormen van 

transformaties (processing) op gegevens (data). Centraal voor die 

bewerkingen is de ALU (Arithmetic and Logic Unit). Hier vinden de 

elementaire rekenkundige bewerking op data plaats zoals optellen en 

aftrekken, en logische operaties zoals AND en OR. De ALU is onderdeel van 

de CPU (Central Processing Unit). De CPU bevat verder minstens een 

controle eenheid en wat snelle, specifieke registers. Informatie- of 

signaalverwerking kan kortweg worden omschreven als verplaatsen, 

kopiëren en distribueren van informatie. Het wordt hier beschouwd als 

onderdeel van de informatie- of signaalbewerking. Signaalbewerking 

Figuur 23 De vijf componenten van een computer. Datapath is een andere 

naam voor de ALU en wordt gecombineerd met de contole unit vaak CPU 

genoemd [10]. 

betreft naast de processing van de data ook filtering, conditionering, 

linearisatie, calibratie en selftesting. 

Naast de CPU (“processor”) zal een “computer” altijd geheugen input en 

output kanalen bevatten en meestal non-I/O functies zoals timers. Met 

name voor embedded applicaties worden al deze functies in toenemende 

mate geïntegreerd. Het geheel staat dan bekend als microcontroller of 

microcomputer (Figuur 23). 

De DSP (Digital Signal Processor) is een microcontroller met een speciaal 

voor signaalbewerking geoptimaliseerde architectuur gericht op het 

uitbuiten van parallellisme van bewerkingen, die leiden tot optimalisaties 

naar performance en power consumptie. Daarnaast zijn deze DSPmicrocontroller 

vaak voor zien van geïntegreerde ADC/DAC’s 

(Analog/Digital converters). 


Met MST-software wordt hier bedoeld de software die in het 

informatiebewerkende gedeelte van een MST-systeem wordt gebruikt voor 

de bewerking en verwerking van sensor-data, het aansturen van 

actuatoren en het onderhouden van de communicatie met andere MSTsytemen 

of bovenliggende systemen (zie ook §3 en Figuur 8). De 

informatieverwerking zal over het algemeen plaatsvinden in een 

microcontroller c.q. DSP. Als men rekening houdt met de stringente 

beperkingen in dergelijke systemen voor wat betreft hoeveelheid 

geheugen, kloksnelheid en stroomgebruik dan zal duidelijk zijn dat er ook 

beperkingen gelden voor de te gebruiken software. Niet alleen heeft de 

onderliggende hardware zijn weerslag op de te gebruiken 

programmeertaal, algoritmen en datastructuren, maar andersom kan 

software op zichzelf ook bijdragen aan de efficiëntie. 

MST-systemen zullen in toenemende mate draadloos communiceren. Er 

zijn dan ook ontwikkelingen die wijzen op speciale embedded hardware en 

software evenals communicatie protocollen voor nodes in sensor/actuator 

netwerk configuraties. Een voorbeeld van een communicatie 

protocol-standaard dat bedoeld is voor wireless sensor & control is de 

ZigBee technologie. In tegenstelling tot bijvoorbeeld de zakelijke 

automatiseringswereld en de consumentenmarkt waar Wi-Fi redelijk 

ingeburgerd raakt, vereisen sensoren en actuatoren geen al te grote 

bandbreedte maar wel kleine latenties, minimale energie consumptie en 

lage kosten. 

Er zijn ontwikkelingen die het mogelijk moeten maken te komen tot grote 

gedistribueerde netwerken van smart dust. Het betreft de convergentie 

van gedistribueerde informatieverwerking, wireless communicatie en 

mobile computing. Het doel is te komen tot op zichzelf staande, 

millimeter-schaal sensing en communicatie platforms voor massief 

gedistribueerde sensor/control netwerking. Deze smart dust of mote’s 

moeten uiteindelijk zo klein worden als een zandkorrel en bevatten 

sensoren, rekenkracht, bi-directional wireless communicatie en een 

krachtbron. Tegelijkertijd moeten ze goedkoop genoeg zijn om per 

honderdtallen te worden ingezet. 

Figuur 24 Telos (MSP430) TinyOS embedded sensor platform. 

Een voorbeeld is TinyOS. TinyOS is een operating systeem, samen met de 

bijbehorende nesC compiler, speciaal ontworpen voor diep wireless 

embedded sensor networking. Het wordt ook daadwerkelijk toegepast in 

de industrie, op basis van platforms met typisch embedded 

microcontrollers zoals Atmel’s ATMEGA128 en Texas’ MSP430 [11]. 


7. Ontwerp en productie van MST 

Vermarkten begint bij ontwerpen. Ontwerpen is analyseren en 

synthetiseren. Het probleem, de vraag of de wens moet worden 

geanalyseerd. De vereisten moet worden opgespoord en een architectuur 

moet worden gedefinieerd. De analyse definieert die essentiële applicatie 

eigenschappen die geldig moeten blijven voor alle acceptabele 

oplossingen. 

Een architectureel ontwerp is een samenhangende set van strategische 

beslissingen betreffende de structuur, het gedrag en de functionaliteit van 

het ontwerp. De ontwerpstappen ná de architecturale stap betreffen de 

tactische optimalisatiestappen die leiden tot een specifieke oplossing 

binnen en consistent met de analyse en de architectuur. 

Met ondersteuning van de Europese Commissie worden er pogingen in het 

werk gesteld het ontwerpproces voor microsystemen in kaart te krijgen 

(EC Framework 6 – Network of Excellence NoE; Design for Micro 

Manufactoring DfMM). Aangezien MST een relatief jonge tak van de 

engineering is, zijn de ontwerpvaardigheden nog tamelijk onvolwassen. 

Daar komt nog bij dat door het inherent heterogene en multidisciplinaire 

karakter juist bij MST het ontwerpen ervan extreem gecompliceerd is. 

Aangezien microsystemen moeten worden beschouwd als multi-domein 

systemen, zal het ontwerpen/modelleren moeten gaan over en rekening 

moeten houden met de verschillende fysieke domeinen zoals mechanica, 

elektrostatica, microfluïdica, thermodynamica en mixed-signal (analoog en 

digitaal) processing. De inzet van NoE/DfMM is onder meer het stimuleren 

van EDA (Electronic Design Automation) fabrikanten voor het beschikbaar 

krijgen van tools voor ontwerpen, modelleren en simuleren in het niet 

elektrische (mechanische, fluïdise, optische etc) domein, voor test 

engineering, voor reliability engineering en voor packaging engineering. 

Figuur 25 Network of Excellence Design for Micro Manufactoring doelstelling [24]. 

(FMEA: Failure Mode & Effect Analysis. IP: Intellectual Property) 

Het MST ontwerp is een complex netwerk van onderlinge afhankelijkheden 

(Figuur 25) en betreft micromaterialen, machines en processen. Met name 

het hybride karakter van MST maakt het beheersen van alle processtappen 


– manufactoring, handling, assembling, interconnecting en packaging – 

een moeizaam te managen proces. 

De successtory’s van de industrie, zoals inkjets, accelerometers, 

druksensoren en micromirrors zijn allen silicon gebaseerde producten en 

kunnen dus in principe ook gemaakt worden in dezelfde fabrieken als IC’s 

en ASIC’s. Ze zijn desondanks voor wat betreft hun fabricage, 

testbaarheid, assembly, en betrouwbaarheids borging procedures 

compleet verschillend. 

Het is vaak onmogelijk om ontwerpmethoden en gereedschappen van 

traditionele industrieën die werken met grotere dimensies aan te wenden 

vanwege de verschillen in de orde van de grootte van de gebruikelijke 

maten. Bijvoorbeeld de oppervlakte/inhoud verhouding zijn bij MST geheel 

verschillend. MST devices zijn met name extreem dun vergeleken met de 

andere maten, maar ook elektrostatische krachten en vloeistof dempings 

effecten zijn radicaal verschillend op deze schaal. 

7.1. MST ontwerpen 

Figuur 26 Impressie van de ontwerpcomplexheid van MST [26]. 

Eerst zal moeten worden vastgesteld of MST wel geschikt is. Men zal een 

goede probleemstelling, die alle oplossingsrichtingen nog open houdt, 

kunnen definiëren door vragen te stellen en beantwoorden die betrekking 

hebben op de hierna volgende technische randvoorwaarden (Figuur 26). 

Vragen die een rol spelen zijn: 

• Wat moet er worden gemeten, welk signaal, welke parameter, welk 

fysiek fenomeen? 

• In welk energiedomein wordt er gemeten? 

• Hoe wordt er gemeten, wat zijn de meet- en conversieprincipes? 

• Met welke kwaliteit moet worden gemeten, wat zijn de prestaties, 

hoe groot (mag) moet de (kruis)gevoeligheid zijn? 

• Wat zijn de omgevingsfactoren, waar maakt het MST-systeem 

onderdeel van uit, waar wordt het toegepast, hoe wordt het gevoed 

en hoe wordt geïnterfaced? 

• Met welke toepassingsbeperkingen moet rekening worden 

gehouden? 


• Wat is de integratiegraad van het MST-systeem? 

7.2. MST Systems Requirements Engineering 

Systems Engineering is een multidisciplinaire modelbenadering 

(paradigma) van een probleem, wens of behoefte met de bedoeling 

kansrijke totaaloplossingen te realiseren. Het is in het kader van deze 

notitie een multidomeinbenadering met MST als centraal element. 

Belangrijk hierbij is het engineeren van de systeem eisen (Figuur 27). Het 

system requirement engineering proces heeft volgens alle gevestigde 

engineeringmethoden een centrale rol in het ontwerpproces. In het geval 

van MST heeft het nog een extra complexiteit gezien het multidomein 

karakter van MST. Men krijgt dan te maken met alle mogelijke 

kruisafhankelijkheden en beperkingen van belendende energiedomeinen 

en disciplines over en weer. Het specifieke van MST engineering komt tot 

uitdrukking in de niet-elektrische requirements en onderlinge 

afhankelijkheden (cross-sensitiviteit) van die verschillende 

domeinspecifieke requirements en constrains 13 op elkaar. 

Business 

Requirements 

Vision and Scope Document 

System 

Requirements 

User 

Requirements 

Use -Case Document 

Functional 

Requirements 

Systems Engineering kan conform een aantal standaarden (ANSI/EIA 632, 

ISO 15504) worden opgevat als bestaand uit een reeks activiteiten, zoals 

assessment & tradeoff studies, requirement engineering, design definitie & 

verificatie, testen van systeem en systeemdelen, systeem integratie, en 

systeem verificatie en validatie. 

7.3. Requirement Engineering 

Quality 

Attributes 

Requirements Specification 

Figuur 27 Requirement analyse. 

Other 

Nonfunctional 

Requirements 

Constrains 

Vertrekkende vanuit het business verhaal en de assessment & tradeoff 

studies, moet een requirement specificatie worden opgesteld (Figuur 27). 

De requirement specificatie is het resultaat van activiteiten die er op 

gericht zijn de systeem en gebruikerseisen op te sporen en te formuleren. 

13 Domain constrains zijn systeem eisen afkomstig uit het applicatie domein van het 

systeem. Domain constrains genereren èn beperken systeem eisen. 


MEMS 

Component 

De verzameling requirements specificeren wat een systeem moet doen 14 , 

onafhankelijk van hoe het systeem ontworpen wordt en onafhankelijk van 

elke oplossing. Ze worden uiteindelijk gevalideerd door tests. De 

functionele systeemeisen zijn de functies die door het systeem moeten 

worden uitgevoerd. Het betreft de diensten en het gedrag die het systeem 

moet leveren en vertonen. Het gaat hier over wat het systeem moet doen. 

De gebruiker heeft bepaalde doelen. Het systeem heeft bepaalde 

verantwoordelijkheden. Bij een spread-sheet wil men dat alle 

afhankelijkheden worden bijgewerkt na het veranderen van een van de 

parameters. Bij de giromaat wil men dat het gewenste bedrag wordt 

afgeboekt. 

Bij de niet-functionele requirements gaat het ondermeer om de kwaliteit 

waarmee en de beperkingen waaronder de vereisten worden geleverd. 

Niet-functionele systeemeisen stellen voorwaarden aan de manier waarop 

of hoe(goed) het systeem de functionaliteit gaat leveren. Zowel bij 

hierboven aangehaalde spreadsheet als bij de giromaat worden 

bijvoorbeeld eisen gesteld aan de tijdigheid van de systeemrespons. 

7.4. User requirements 

De gebruikersspecificaties beschrijven dus de functie(s), en de dienst(en) 

die het systeem aan de gebruiker moet gaan leveren. Of MST nu het 

gehele systeem is of daar deel van uitmaakt, op zijn minst een gedeelte 

van de user requirements heeft betrekking op het MST systeem. 

Gebruikersspecificaties worden oplossingsonafhankelijk geformuleerd. Ze 

staan los van de gekozen technologie. Een gebruikerswens kan zijn dat 

het wenselijk is dat een systeem een val kan detecteren, de 

hartslagfrequentie kan bepalen of de lichaamstemperatuur kan meten. De 

wijze waarop die val, de hartfrequentie en de lichaamstemperatuur aan de 

buitenwereld moet worden meegedeeld, zoals bijvoorbeeld met een 

geluidssignaal, met een uitlezing of misschien wel remote, is eveneens 

onderdeel van de gebruikersspecificatie. De gebruikersspecificaties vloeien 

rechtstreeks voort uit Organisatie Requirements. 

7.5. Andere requirements 

Sensor 

Figuur 28 Hiërarchie van een MST systeem. 

User 

System 

Tijd gerelateerde, niet-functionele eisen zoals response tijden en 

doorvoersnelheden (b.v. de throughput uitgedrukt in MBps) worden ook 

wel (onnauwkeurig) aangeduid als performance. Deze en andere niet- 

14 En andersom, een systeem realiseert of implementeert de requirements. 


functionele eisen staan ook wel bekend als Quality 15 of Service (QoS) 

requirements [12]. De specificaties gelden voor alle fenomenen, of dat nu 

bijvoorbeeld druk, temperatuur of versnelling is (Tabel 6). 

QoS Bedoeling en mate van … 

Throughput (Doorvoer)Snelheid (Performance) 

Bandwidth De frequentie(band) waarop een 

sensor gevoelig is, of de 

responsiesnelheid bij een actuator. 

Zie throughput 

Timeliness Tijdigheid, responsietijd, latentie 

(Performance) 

Security Beveiliging 

Savety Veiligheid 

Reliability 16 

Gemiddelde tijd tussen het laten 

afweten (MTBF), aantal missers per 

tijd 

Availability Blijft het systeem 

inzetbaar/beschikbaar MTBF/( 

MTBF+MTTR) 

Integrity Maximum toegestane dataverlies 

na systeemfalen 

Reusability De mate waarin systeemdelen 

kunnen worden hergebruikt 

Efficiency Doeltreffendheid, doelmatigheid, 

bekwaamheid, geschiktheid, 

competentie, nuttig effect, 

rendement, productiviteit, 

capaciteit, opbrengst, 

prestatievermogen, de economie 

van … 

Flexibility Flexibiliteit, plooibaarheid, 

handelbaarheid 

Interoperability Het vermogen van hardware en 

software in een heterogene 

omgeving informatie uit te wisselen 

Maintainability Onderhoudbaarheid, in 

conditie/bedrijf houden 

Testability De opties van een evaluatie 

procedure om te verifiëren en 

valideren 

Usability Gebruikersgemak, ergonomie, 

navigatie, help, documentatie 

Tijd nodig om 75% van de 

systeemvoorzieningen te leren 

kennen. Aantal gebruikersfouten 

15 

Passend bij het gebruik en conformantie met per de eisen tijd (ISO), zijn de kwaliteitscriteria die 

worden vastgesteld d.m.v. validatie. Verificatie gaat over het systeem gedrag en bepaalt of 

het systeem het wel/niet doet. QoS eisen worden doorgaans gemodelleerd als constrains. 

16 

Wanneer de gemiddelde consument wordt ondervraagd over de betrouwbaarheid van 

MEMS is de spontane reactie vaak negatief, met een vaag verhaal dat dit soort devices 

gewoonweg niet betrouwbaar kúnnen zijn. 


kennen. Aantal gebruikersfouten 

per tijd 

Robustness Tijd om te restarten na een 

systeemfalen (bij sw) 

Portability Draagbaarheid, toegankelijkheid. 

Overdraagbaarheid (bij sw) 

Tabel 6 De Quality of Service requirements. 

Andere niet-functionele requirements zijn verzameld in Tabel 7: 

Niet-functionele requirements Bedoeling en mate van … 

Resolution, Precision, Accuracy, 

Detection Limit 

Nauwkeurigheid, tolerantie 

Het kleinste signaal wat nog kan 

worden gedetecteerd. Zie Noise 

Supportability Onderhoudbaarheid, 

configureerbaarheid 

Resourcability Hulpbronbeperkingen, 

(ontwikkel)gereedschappen 

Interface Beperkingen opgelegd door externe 

systemen en de omgeving 

Geometry Afmetingen, ruimte, aantal, 

configuratie, connecties, extensies 

Package Gewicht, afmetingen, robuustheid, 

bestendigheid van behuizing 

Legal Wettelijke eisen, normen 

richtlijnen, standaarden, licenties, 

Quality Control 

Quality Control Test & meet opties 

Environment Omgevingsfactoren, eisen en 

invloeden, bestendigheid 

Encodings Informatierepresentatie 

Scalability Schaalbaarheid, schaalwetten. Hoe 

goed blijft de oplossing voldoen als 

het probleem groter of kleiner 

wordt. Wat is er bij energiestromen 

op microniveau anders dan op 

macroniveau? 

Kinematics Type en richting van beweging, 

snelheid, acceleratie 

Forces Richting en grootte, frequentie, 

gewicht, belasting, deformatie, 

stijfheid, elasticiteit, traagheid 

resonantie 

Material stroom en transport, fysische en 

chemische eigenschappen 

Productivity Werkplaatsbeperkingen, max 

afmetingen, 

voorkeursproductiemethodes, 

productiemiddelen, haalbare 

kwaliteit, toleranties, verlies 

Cost Fabricage-, gereedschap-, 

ontwikkel-, investerings-, 

afschrijvingskosten 


ontwikkel-, investerings-, 

afschrijvingskosten 

Power Consumption Energieverbruik 

Energy output, efficiëntie, verlies, frictie, 

toestand, druk, temperatuur, 

opwarming, afkoeling, supply, 

opslag, capaciteit, conversie 

Adherence to standards and 

guidelines 

Aanhankelijkheid t.o.v. standaarden 

en richtlijnen. Zie ook Legal. Van 

belang bij de interfacing 

Meeting objective quality metrics Het vermijden van nietverifieerbare 

begrippen, zoals 

veilig, voldoende, klein, groot. 

Sensitivity Gevoeligheid. De verhouding tussen 

de grootte van een output en een 

input signaal. Deze verhouding kan 

ook een functie zijn van b.v. 

frequentie, temperatuur of bias 

Traceability Opspoor/naspeur/vindbaarheid. 

Mogelijkheid om iets terug te 

kunnen voeren. 

Linearity De mate waarin het output signaal 

(sensor) of de verplaasing 

(actuator) proportioneel verandert 

met het input signaal. Een lineaire 

responsie van een transducer 

vermindert de complexiteit van de 

signaal processing. 

Noise Interferentie (zie Cross Talk) van 

een ander signaal en willekeurige 

(vaak thermische)ruis. 

Signal-to-Noise Ratio (SNR) Signaal-Ruis verhouding 

Dynamic Range De verhouding tussen het grootste 

en het kleinste detecteerbare 

signaal 

Drift De variatie van elektrische en 

mechanische eigenschappen in de 

tijd. Bij een zekere drift kan de 

signaalvariatie niet meer worden 

waargenomen. 

Cross Talk/Sensitivity 

Stability 

De gevoeligheid van een sensor 

voor een niet bedoeld signaal. De 

stabiliteit van een actuator 

tegenover een niet bedoeld 

fenomeen. Gevoeligheid voor 

acceleratie in de niet bedoelde as, 

niet bedoelde gevoeligheid voor 

temperatuurvariaties, 

vochtabsorptie en mechanisch 

verloop. 

Force/Torque Capacity De actuator moet voldoende 

kracht/torsie kunnen leveren 


kracht/torsie kunnen leveren 

Range of Motion De hoeveelheid lineaire of 

hoekverplaatsing 

Footprint De ruimte die het device zelf 

inneemt in het totaal (netto/bruto?, 

pay-load?, overhead?) 

Contrast Helderheidsverhouding 

Bedrijf Stilheid, slijtage, omgeving en 

omgevingsfactoren, modes, 

Transport Beperkingen aan verpakking, 

opslag en vervoer 

Planning ontwikkeltijd, aflevermoment 

Intrinsic savety De onmogelijkheid van systemen 

vonken te genereren 

Tabel 7 Andere (non-QoS) niet-functionele requirements. 

7.6. Materie, energie en informatie 

Er zijn drie soorten stromen: materie-, energie- en informatie- of 

signaalstromen. Materie, energie en informatie kunnen worden 

opgeslagen, getransporteerd en geconverteerd. Welke mogelijkheden 

komen voor bij MST? (Tabel 8). Van materietransport en misschien wel 

opslag kan sprake zijn bij actuatoren, zoals bijvoorbeeld bij fluïdica 

toepassingen in de medische/biotechnologie. Opslag van energie vindt 

plaats in accu’s (secundaire cellen, zie §5, The Power Factor). Energieën 

worden in sensoren en actuatoren geconverteerd en van en naar sensoren 

en actuatoren getransporteerd. Het verschil tussen een energiestroom en 

een informatiestroom komt tot uitdrukking in het feit dat er bij een 

informatiesignaal geen omzetting plaats vindt. Bij warmte blijft de 

feitelijke temperatuur de informatie, of die nu wordt uitgedrukt in een 

thermisch dan wel in een elektrisch signaal. Het verschil tussen energie en 

informatie is verder nog van belang bij het onderscheid tussen zelfgenererende 

(actieve) en modulerende (passieve) sensoren. Actieve zelfgenererende 

sensoren zijn sensoren die hun conversie uitvoeren zonder 

externe hulpbron (bijvoorbeeld thermokoppel) terwijl passieve sensoren 

een extern aangeleverde (constante) excitatie-energie moduleren met het 

te meten signaal. Actieve sensoren leveren dus energie en informatie 

terwijl passieve sensoren alleen informatie leveren. 

Opslag Transport Omzetting 

Materie √ √ √ 

Energie √ √ √ 

Informatie √ √ √ 

7.7. Energiedomeinen 

Tabel 8. 

In welk energiedomein moet er worden gemeten? Vanuit fysisch oogpunt 

kunnen 7 verschillende energievormen worden onderscheiden. In een van 

deze domeinen bevindt zich het fysieke/chemische fenomeen dat moet 

worden gemeten of gestuurd. Zie Tabel 2 voor voorbeelden van 

parameters in de verschillende domeinen. 


1. Elektromagnetische stralingsenergie: radiofrequente golven, 

microgolven, infrarood, ultraviolet en zichtbaar licht, Röntgen 

(X-ray) straling en gammastraling. 

2. Gravitatie energie: zwaartekrachtwisselwerking tussen twee of 

meer massa’s, praktisch gesproken die tussen een massa en de 

aarde. 

3. Mechanische energie: mechanische krachten, verplaatsing, 

stroming 

4. Thermische energie: kinetische energie van atomen en moleculen. 

5. Elektromagnetische en elektrostatische energie: elektrische en 

magnetische velden, stromen en spanningen. 

6. Moleculaire en atoom bindings energieën 17 : de energie gerelateerd 

aan de bindingskrachten tussen atomen en tussen de atoomkern en 

de elektronen. 

7. Nucleaire energie: energie die gerelateerd is aan de 

bindingskrachten in de atoomkern zelf en die wordt beschreven 

door Einstein’s relativiteitstheorie (E=mc 2 ). 

Figuur 29 De transducer klassificatie in 6 energiesignaal domeinen. In bepaalde 

gevallen vindt er geen conversie plaats, zoals b.v. bij een ECG/EEG opname of bij 

elektrostimulatie. Een onderbroken pijl – zoals hier tussen het thermische en het 

mechanische domein – slaat op een tandemconversie, zoals bijvoorbeeld een 

vloeistof- of gasflow die bemeten wordt op basis van een temperatuurverschil in 

die flow of, vice versa, een temperatuurverschil dat wordt opgewekt door wrijving 

(vuursteentje!). [20, 25] 

De moleculaire en atoomenergieën worden hier verenigd onder het label 

chemisch. De gravitatie energie wordt ondergebracht onder het label 

mechanisch en de elektromagnetische golven onder het label straling. 

Nucleaire en massa energieën blijven om praktische redenen verder 

buiten beschouwing. Figuur 29 geeft een diagram van de resterende 

energievormen. De getoonde conversies gelden zowel voor 

energietransport als voor informatietransport. Per energiedomein kan 

17 De sensoren/actuatoren die een rol spelen in het moleculaire en atomaire energiedomein 

worden wel aangeduid als chemische sensoren/actuatoren. 


vervolgens een overzicht (zie Tabel 9) worden gegeven van de 

omzettingsprincipes van en naar de verschillende domeinen met het 

elektrische als centrale domein die geschikt zijn voor MST transducers. 

Stralend Mechanisch Thermisch Magnetisch Chemisch 

Sensing foto-cond/elek piezo 

capacitief 

thermokoppel 

Hall’s effect 

(Seebeck) 

Volta’s effect 

(Galvano?) 

Actuatie inject-lumin 

elektro-statisch 

Peltier’s effect Ampere’s law elektrolyse 

piezo 

Tabel 9 Fysische Sensor Effecten [20][25]. 

7.8. Transducer technologie 

Niet alle materialen zijn geschikt om conversieprincipes uit te voeren. En 

niet alle wel geschikte materialen kunnen in silicium worden uitgevoerd. 

Er zijn macroscopische principes zoals de kwikthermometer of het 

bimetaal die zich niet (goed) lenen om in solid-state (vaste stof) te 

worden uitgevoerd. De microscopische solid-state effecten omvat 

ondermeer de niet-halfgeleiders en de halfgeleiders, die vervolgens de 

groep silicium halfgeleiders omvat (Figuur 30). 

Macro 

Solid-State 

Semiconductor 

Silicon 

Figuur 30 Hiërarchie van transducer materialen [20]. 

Het onderscheiden van deze hiërarchie is om een aantal redenen van 

belang. Elke groep kent zo zijn specifieke kenmerken voor wat betreft 

niet-functionele eigenschappen zoals performance, gevoeligheid enz. in 

verhouding met de kosten en de betrouwbaarheid. Maar juist 

siliciumtechnologie sluit goed aan bij de vertrouwde massageproduceerde 

micro-elektronica met alle kosten en betrouwbaarheidsvoordelen. Het 

maakt bovendien de integratie van microtransducers en micro-elektronica 

haalbaar (zie §7.9). De morfologische kaart van Tabel 10 geeft een 

voorbeeld voor het thermische domein (Temperatuur, Warmte, Entropie) 

met de deeloplossingen en de deelopties. 


Temperatuur 

Warmtetransport 

Thermokoppel 

(Seebeck/Peltier) 

Contactloos 

(remote) 

- 

Energie Energie Zelfgeneratie 

Andere 

Zij-effecten bekende 

Informatie Sensing 

Informatie Actuatie 

Modulerend 

problemen 

Seebeck 


Peltier 


Bi-metaal - Zelf 

IR-straling √ Info Energie Zelf 

Thermistor 

Uitzet/Krimp 

Zelf + 

Piëzo-weerstand 

Capacitief 

Glasvezel 

Kwarts 

- Mod ++ 

Nernst-effect Info 

Dissipatie Energie + 

Tabel 10 Morfologische kaart van meten en actuatie in het thermische domein. 

7.9. Smart transducers 

Figuur 31 Een voorbeeld van de integratie van een CMOS en een MST 

component in een [26]. 

Transducers kunnen minder of meer intelligent (smart) zijn. Transducers 

die alleen het conversie-effect realiseren zijn domme transducers. (De 

MEMS component in Figuur 28 en Figuur 31). Dit soort transducers moeten 

op een (zeer) laag niveau geïnterfaced worden met de rest van het 

systeem. Zodra één (of meer) conversie-elementen in één behuizing 

wordt gecombineerd met analoge interfacing, conditioning en – bij 

copy of wat is mst.doc(21-11-06) - 44/61 

Principe 

(links)

meerdere conversie-elementen – multiplexing, met een analog-to-digital 

converter (ADC), digitale signaal bewerking en digitale (bus) interfacing 

kan er worden gesproken van een smart transducer. Als deze units 

worden ondergebracht op één chip of zodanig voldoende worden 

gecombineerd wordt er gesproken over een geïntegreerde smart 

transducer (Figuur 31). 

7.10. Interfacing 

Bij het begrip interfacing moet enerzijds onderscheid worden gemaakt 

tussen de begrenzing van het systeem naar de fysieke omgeving, en 

anderzijds de begrenzing van de transducer met de rest van het systeem, 

met name de signaalbewerking. In de fysieke omgeving bevindt zich het 

te meten of het te beïnvloeden fenomeen, maar ook alle mogelijke 

ongewenste, storende of zelfs destructieve invloeden. Niet functionele 

eisen zoals (cross)sensitivity en S/N verhouding kunnen hier duidelijkheid 

verschaffen (zie hiervoor ook §7.5). Omgevingsfactoren zoals 

bestendigheid en inwerking van aantastende en vervuilende stoffen en 

destructie door harde straling zijn evenzeer invloeden die een rol spelen 

bij de vaak open structuur van MEMS (zie §7.11). 

De interfacing naar de systeemkant op zeer laag niveau is simpelweg de 

analoge waarde van spanning en stroom. Er wordt dan geinterfaced direct 

aan de MEMS component zelf (Figuur 28). Problemen daarbij zijn dat de 

MEMS devices zelf geen ideale spanning- of stroombronnen zijn en de 

signaaloverdracht onder invloed staat van parasitaire impedanties en dus 

cross modulatie. Deze problemen spelen des te meer als de geografische 

afstand tussen transducer en de signaalbewerking toe neemt. Voordeel 

kan zijn dat aan de transducerzijde geen additionele elektronica nodig is. 

Iets minder primitief, met iets meer elektronica aan de transducerzijde, is 

het afleveren van het signaal vanuit idealere spannings- of 

stroombronnen. De in de procesindustrie (voor macrotransducers) 

gebruikelijke 4-20mA current loop, in feite een gemoduleerde stroombron, 

is daar een voorbeeld van. Ook kan het signaal in frequentie of fase (duty 

cycle -, pulse width modulation) worden gemoduleerd. 

Zowel interfacing via (ideale) bronnen alsook met frequentie/fase 

modulatie is een stertopologie. Er is 1 fysieke connectie per signaal. 

Een interface standaard die, naast 1 op 1 connecties ook busconnecties 

mogelijk maakt is het HART (Highway Addressable Remote Transducer) 

protocol. Dit protocol gebruikt FSK (frequency-shift keying) als modulatie 

principe (Figuur 32). 


Figuur 32 Een voorbeeld van binaire, coherente FSK. 

Waar HART nog bedoeld is als upgrade van de traditionele 4-20mA pointto-point 

instrumentatiebedrading is het daarmee wel een voorloper van de 

bussen zoals de SPI (Serial Peripheral Interface Bus en een subset 

daarvan, Microwire), de I 2 C (Inter-Integrated Circuit), de CAN (Controller 

Area Network) en LonWorks bussen. Al deze standaarden hebben als 

eigenschap dat de transducers in kwestie al behoorlijk smart moeten zijn 

aangezien de protocollen lokale processorkracht veronderstellen. 

Deze busprotocollen worden uitgevoerd over verschillende media. 

Allereerst natuurlijk (shielded)twisted pair (STP/TP) bedrading, met 

bijvoorbeeld LVDS (Low Voltage Differential Signaling). Draadloze infrarood 

(doorgaans de protocollen vastgesteld door de IrDA (Infrared Data 

Association)) verbindingen is een mogelijkheid, maar in toenemende mate 

Bluetooth (IEEE 802.15.1) en zeker Zigbee (IEEE 802.15.4). 

Op basis van een of meer van de bovenstaande principes zijn er 

interfaces/protocollen ontwikkeld speciaal bedoeld voor transducers: 

• UTI, Universal Transducer Interface 

• USI, Universal Sensor Interface 

• IEEE 1451 Family of Smart Transducer Interface Standards beschrijft 

een set open, algemene, netwerk onafhankelijke communicatie 

interfaces om transducers te kunnen doorverbinden met 

microprocessors, instrumentatie systemen en control/field 

netwerken. Een sleutelbegrip in deze standaard is de definitie van 

een TEDS (Transducer Electronic Data Sheet). De TEDS is een met de 

transducer geassocieerde memory module waarin het ID, calibratie, 

correctie/linearisatie en fabrikant gerelateerde informatie wordt 

opgeslagen. Het doel van de IEEE 1451 standaard is de toegang tot 

de transducer data mogelijk te maken via een generieke set aan 

draad en draadloze interfaces. 

7.11. Omgevingsfactoren 

Naast de bedoelde interfacing zijn er invloeden die de interactie van 

transducers met hun omgeving nadelig beïnvloeden. Allereerst is er de 

kruisgevoeligheid van sensoren voor stoorsignalen. Deze gevoeligheid 

wordt aangeduid met de signaal-ruis verhouding (S/N). Een temperatuur 

sensor is in meer of mindere mate gevoelig voor de warmtedissipatie van 

nabij gelegen elektronica, maar bijvoorbeeld ook voor direct invallend 

zonlicht. Een sensor voor meting aan het aardmagnetisme zal onbedoeld 


gevoelig zijn voor nabij opgesteld ijzer of nikkel en andere magnetische 

velden. Maar ook kruisgevoeligheid tussen verschillende energiedomeinen 

spelen soms een rol. Met name temperatuur is hierbij belangrijk. In het 

algemeen zullen niet-thermische transducers – bijvoorbeeld een 

druksensor – toch ook gevoelig blijken voor thermische effecten. 

Een andere klasse van problemen voortkomend uit specifieke 

omgevingsfactoren zijn die waarbij er sprake is van inwerkingen van het 

van nature “open” karakter van MEMS met een al dan niet tijdelijke schade 

door mechanische krachten (versnelling, stoten), vocht, oxidatie en 

andere reacties van (agressieve) gassen en vloeistoffen. 


8. Cases 

8.1. Geluidsprobleem KONI schokbrekers. 

Op het moment dat auto’s (en asfalt) steeds stiller worden, gaan 

bijgeluiden zoals van de schokbrekers een steeds belangrijkere rol spelen. 

Schokbrekers produceren geluid door meetrillen, met name rondom de 

resonantiefrequentie(s) van de schokbreker en onderdelen daarvan, en 

door geluiden ten gevolge van de specifieke stromingspatronen in en rond 

de kleppen en ventielen van de schokbreker. KONI is bezig te onderzoeken 

in hoeverre de huidige (fijn)mechanische kleppen en ventielen kunnen 

worden vervangen door multiple MST array’s. 

8.2. MicroNed/TUD microsatelliet 

Bacteriën, poliepen, mieren en bijen 

bewijzen het: in een onherbergzame 

omgeving heeft een kolonie meer 

overlevingskansen dan een individu. De 

TU Delft past dit principe uit de biologie 

toe in de ruimtevaart. Een kolonie 

microsatellieten is minder kwetsbaar 

dan een ‘gewone’ satelliet. Niet alleen 

voor gammastraling of zonnestormen 

maar ook voor bezuinigingen. Want een 

microsatelliet is klein, licht en wordt - in 

de toekomst - in massa geproduceerd 

(Figuur 33). De microsatelliet 

activiteiten vinden plaats in het kader 

Figuur 33 Microsatelliet 

van MicroNed. MicroNed is een MST 

consortium van acht universiteiten en onderzoeksinstituten en 22 

bedrijven [18]. 

8.3. Sensoren in pipeline PIG’s 

In Pipeline Inspection Gauge’s (PIG’s) wordt in 

toenemende mate sensoren toegepast voor het 

registreren van het dynamische gedrag van een PIG in 

een pijplijn. De afgebeelde PIG (Figuur 34) is de 

Advanced Pipeline Geometry Pig van Pipesurvey 

International. Terwijl zo’n PIG door een pijplijn wordt 

opgevoerd worden er data verzameld van de pijplijn 

geometrie, zoals deformaties, verbuigingen, 

uitlijnigheid en verdraaiingen. Deze apparaten zijn 

uitgerust met rotatie en lineaire versnellingssensoren, 

en odometers voor de doorsnede en de afgelegde 

afstand. Daarnaast zijn er temperatuur en 

druksensoren die het mogelijk maken de verkregen 

data te analyseren en te corrigeren. 

Figuur 34 Een PIG. 


8.4. Lenovo (IBM ) ThinkPad 

De ThinkPad laptops van Lenovo (voorheen IBM, Figuur 35) 

zijn voorzien van versnellingsdetectoren die – net als in 

airbags – het begin van een val of andere plotselinge 

veranderingen van de beweging detecteren en tijdig de 

harddisk in een veilige mode kunnen zetten. Lenovo claimt 

met dit Active Protection System een vier keer betere 

Figuur 35 

bescherming tegen dit soort calamiteiten dan de standaard 

De Lenovo 

protectie. Sommige laptops van dit merk hebben ook de 

X-series. 

gimmick om door middel van een MST giroscoop de 

oriëntatie van het scherm altijd horizontaal te houden. Valdetectie is op 

velerlei gebieden toe te passen, zoals in huis en op de (motor)fiets. 

Verder zijn PC’s zoals sommige Lenovo laptops steeds vaker uitgerust met 

een Fingerprint Reader. Deze vingerafdruklezers zijn gebaseerd op een 

matrix van vele duizenden capacitieve sensoren (www.xensor.nl). Als de 

gebruiker de vinger “te lezen legt” worden even zo vele snapshots 

gemaakt van de vingertop die door de achterliggende bewerking tot één 

beeld wordt geconstrueerd. Zo’n fingerprint reader vervangt het intypen 

van passwords. 

8.5. Foto-acoustische glucosemeting 

Foto-acoustische glucosemeting is de niet 

invasieve meting van het glucosegehalte in 

de aderen. Gepulst laserlicht wordt 

geabsorbeerd in het weefsel, waarbij als 

respons het weefsel ultrasoon geluid 

voortbrengt. De optische eigenschappen 

bepalen de karakteristieken van de 

omzetting van het laserlicht in ultrasoon 

geluid in de ader bij verschillende 

frequenties en is mede een maat voor het 

glucosegehalte ter plaatse (Figuur 36). De 

ultrasone golven worden gedetecteerd door een ultrasoon-sensor. Na 

analyse is een uitlezing beschikbaar (www.glucon.com). 

8.6. Smart products 

Figuur 35 Het fotoacoustische 

effect. 

Smart products zijn bestaande producten, waaraan met behulp van 

microsysteemtechnologie functies toegevoegd worden. Een voorbeeld is 

de intelligente stoeptegel. Deze stoeptegel is uitgerust met een 

druksensor en de mogelijkheid om de meting draadloos door te geven. In 

winkelgebieden kunnen intelligente stoeptegels bijvoorbeeld 

informatiedisplays en winkelverlichtingen aansturen of er kunnen 

interactieve wandelroutes mee worden uitgezet. In pretparken zouden 

wachttijden met intelligente stoeptegels beïnvloed kunnen worden [6]. 

Andere voorbeelden zijn: 

• de intelligente sleutel die niet meer zoekraakt; 

• de intelligente rollator die de weg naar en in huis kent; 

• de intelligente pinpas waarvan de code niet vergeten kan worden; 

• de intelligente fiets die niet gestolen kan worden; 

• de intelligente boei voor een veilige haven. 


8.7. Zelfvoorzienende bandenslijtage sensoren 

Bandenslijtage kan op verschillende manieren gemeten worden (zie §4.4, 

MST in het transport). De sensoren die worden geïntegreerd in het wiel of 

de band zelf zijn slecht of niet bereikbaar voor de energievoorziening. 

Afhankelijk van de levensduur van de band kan dat een bezwaar zijn. Het 

is in principe mogelijk de kinetische rotatie-energie van het wiel – na 

conversie – aan te wenden voor de voeding van de sensor. 

8.8. World's Smallest Mobile Robot 

Onderzoekers van het Dartmouth College (New Hampshire, USA) claimen 

World's smallest untethered, controllable mobile robot te hebben 

gemaakt. 


9. Woordenlijst 

AAL Ambient Assisted Living 

ABS Antilock Braking Systems 

Actuator Een device dat een elektrisch signaal 

converteert naar een niet-elektrisch 

signaal. Gespecialiseerde Transducer 

ADC Analog to Digital converter 

Ambient intelligence Omgevingsintelligentie: beveiliging 

en bewakingsfuncties in gebouwen 

ALU Arithmetic and Logic Unit 

AMR Anisotropic Magneto Resistive. Het 

meten van de 

weerstandsverandering door de 

langere loopweg van de 

ladingsdragers in een 

(semi)conductor veroorzaakt door de 

Lorentz-kracht 

Anisotropic Niet-isotropisch: fysische 

eigenschappen die veranderlijk zijn 

met de meetrichting 

ASIC Application Specific IC 

Autarkic Geheel eigen, onafhankelijke, 

zelfbedruipende, energiebronnen 

BAW Bulk Acoustic wave. Sensoren met 

als centraal principe de snelheidsen/of 

amplitude veranderingen van 

een akoestische (mechanische) golf 

door veranderingen in (meestal) 

piëzo materiaal 

BioMEMS Aanduiding voor MEMS toepassingen 

BIST Build-In Self-Test 

Bolometer Een instrument dat de (infrarode) 

stralingsenergie meet door het 

verband tussen de elektrische 

weerstandsverandering in zwart 

gemaakt metaalfolie met de 

hoeveelheid geabsorbeerde straling 

CAN Controller Area Network. Real-time 

fieldbus met beperkte dekking, b.v. 

auto's 

CCR Common Mode Rejection 

CPU Central Processing Unit 

Cross-sensitivity De gevoeligheid voor andere 

grootheden dan de bedoelde 

DAC Digital to Analog converter 

Device Een unit of component bedoeld voor 

een specifiek doel, in het bijzonder 

een systeemdeel ingezet voor het 

uitvoeren een of meer relatieve 

eenvoudige taken 


uitvoeren een of meer relatieve 

eenvoudige taken 

DSP Digital Signal Processing/Processor 

EDA Electronic Design Automation 

EEC(S) Electronic Engine Control (System) 

ESP Electronic Stability Program – het 

doceren van remvermogen en 

motorkoppel ter voorkoming en 

reductie van slippen 

EZ Ministerie van Economische Zaken 

Farm Subsysteem 

Foundry Een wafer productie en bewerking 

faciliteit, ook wel fab genoemd 

FPGA Field Programmable Gate Array 

GPS Global Position System 

HART Highway Addressable Remote 

Transducer 

HE Hall effect. Het potentiaal dat 

ontstaat haaks op de stroom 

ladingsdragers én het magnetische 

veld door de Lorentz-kracht 

HVAC Heating, Ventilating & Air 

Conditioning 

I 2 C Inter-Integrated Circuit. Bus bedoeld 

voor seriële communicatie op board 

level 

IDT Interdigitated transducer 

IEEE 1451 smart sensor standard, plug-andplay, 

TEDS, Smart Transducer 

Interface, STIM, field devices 

Ingot Staaf silicon 

KIP Kenniskring Innovatie en 

Productrealisatie 

LIGA Een combinatie van lithografie en 

galvanisatie 

LonWorks Fieldbus met beperkte dekking, b.v. 

huizen en gebouwen 

Lorentz-kracht Een magnetisch veld dat haaks op 

een stroom ladingsdragers wordt 

aangebracht, zal die ladingsdragers 

naar één zijde van de 

(semi)conductor dwingen 

LVDT Linear Variable Differential 

Transformer (displacement 

transducers) 

MAP Manifold Absolute Pressure 

MEMS Micro Electro-Mechanical Systems 

Metabolisme Stofwisseling 

Micro(n) Een miljoenste (van een meter) 

Microactor Een sensent of actuerent object 


Microsensor Een sensor met minstens één fysieke 

dimensie op submillimeter niveau 

MIS Minimal Invasive Surgery 

MOEMS MEMS met optische functionaliteit 

Morfologisch Naar vorm en structuur 

MST Micro Systeem Technologie 

MTBF Mean Time Between Failures 

MTTR Mean Time To Repair 

Nernst-effect De elektromotorische kracht als 

functie van de temperatuur in een 

Voltaïsche cel 

OBD On Board Diagnostics (automotive) 

Odometer Instrument voor het meten van de 

afgelegde afstand 

OptoMEMS Aanduiding voor MEMS toepassingen 

PDA Personal Digital Assistant (Agenda) 

Peltier effect De inverse van het Seebeck effect; 

het ontstaan van een warmteverschil 

door elektrische energie 

Pervasive computing (Alles)doordringend 

PhotoMEMS Aanduiding voor MEMS toepassingen 

Piëzo Plumbum Zirconate Titanate. 

Polikristallijn keramisch materiaal. 

Het piëzo-elektrische effect is het 

verschijnsel dat kristallen van 

bepaalde materialen onder invloed 

van druk (bijvoorbeeld buiging) een 

elektrische spanning produceren en 

vervormen als er een elektrische 

spanning op wordt aangelegd 

Piëzoresistive Weerstandsverandering door druk of 

trek in een piëzokristal 

Pirani effect Weerstandsverandering door warmte 

afvoer in vacuüm 

Polytronics Polymeer elektronica 

Precision engineering Klassieke fijnmechanische 

technologieën zoals microfrezen, 

maar ook laserbewerkingen 

Primaire cel Een niet herlaadbare cel waarin een 

onomkeerbare chemische reactie 

elektrisch vermogen genereert. 

Galvanische of Voltaïsche cel 

PWM Pulse Width Modulation 

RAID Redundant Array of Inexpensive 

Disks 

Reluctance Magnetische weerstand. Een maat 

voor het tegendeel van de 

magnetische flux, analoog aan 

elektrische weerstand (reactantie) 

Resonator-based sensor Sensoren die resonantiefrequentie 

variaties, veroorzaakt door 

mechanische, chemische of 

elektrische verstoringen, meten 


variaties, veroorzaakt door 

mechanische, chemische of 

elektrische verstoringen, meten 

RF Radio Frequent 

RFID Radio Frequency Identification 

RFMEMS Aanduiding voor MEMS toepassingen 

RH Relative Humidity 

SAW Surface Acoustic Wave. Sensoren 

met als centraal principe de 

snelheids en/of amplitude 

veranderingen van een akoestische 

(mechanische) golf door 

veranderingen aan het oppervak van 

(meestal) piëzo materiaal 

Secondaire cel Een herlaadbare cel waarin een 

omkeerbare chemische reactie 

elektrisch vermogen genereert 

Seebeck effect Zie Thermo Koppel 

Sensor Een device dat een niet-elektrisch 

signaal converteert naar een 

elektrisch signaal. Gespecialiseerde 

Transducer 

Smart dust Peer-to-peer (P2P, gelijke-naargelijke) 

netwerk dat geen vaste 

clients en servers heeft, maar een 

aantal gelijkwaardige aansluitingen 

die samen afwisselend functioneren 

als server/client voor de andere 

aansluitingen in het netwerk 

Smart product Product met toegevoegde MST 

functies 

Smart sensor Sensor met een gedeeltelijke of 

volledige signaalbewerking 

geïntegreerd op een enkele chip 

SoC System-on-Chip. Een ASIC die 

speciaal bedoeld is voor een 

bepaalde toepassing waarbij de 

meeste functionaliteit geïntegreerd is 

op een enkele chip om zo specifieke 

doelen in termen van kosten, 

prestaties en betrouwbaarheid te 

realiseren. Zie Smart Sensor 

SQUID Superconducting Quantum 

Interference Devices 

STIM Standard Transducer Interface 

Module. Onderdeel van IEEE 1451 

TGS De Taguchi Gas Sensor is een type 

semi-conductor waarvan de 

elektrische weerstand afhankelijk is 

van de aanwezigheid van brandbare 

gassen zoals methaan, propaan, CO, 

waterstof, alcohol, etc. 


waterstof, alcohol, etc. 

SPI Serial Peripheral Interface Bus en 

een subset daarvan, Microwire 

TEDS Transducer Electronic Data Sheet. 

Onderdeel van IEEE 1451 

Thermistor Een thermistor is een elektrische 

weerstand (component) waarvan de 

elektrische weerstand (sterk) 

afhankelijk is van de temperatuur. 

Thermokoppel Een thermokoppel bestaat uit draden 

van twee verschillende metalen of 

metaallegeringen die door lassen of 

solderen aan elkaar zijn verbonden. 

Als er tussen beide contactpunten 

een temperatuurverschil heerst zal 

een potentiaalverschil ontstaan, 

waarvan de sterkte afhankelijk is van 

het temperatuurverschil. Het 

potentiaalverschil kan oplopen tot 

enkele tientallen millivolts. 

Thermopile Gekoppelde thermokoppels 

Transducer Een transducer is een device dat van 

de ene fysische of chemische 

grootheid converteert naar een 

andere 

Transponder Een device ontworpen om bij 

ontvangst van een specifiek signaal 

automatisch te reageren met het 

uitzenden van een specifiek signaal 

(b.v. RFID) 

Ubiquitous computing Alomtegenwoordig, Omnipresent 

VLSI Een circuit met honderden miljoenen 

combinaties van geleiders, 

transistoren en isolators 

VOC Volatile Organic Compound (fotochemische 

“smog”) 

VR Variable Reluctance, "magnetic 

pickup" 

Yaw Het roteren (gieren) om het centrale 

punt van een object 


10. Literatuur 

10.1. Referenties 

[1] Fluitman, Microsystems technology: objectives, Sensors and 

Actuators A. 56 (1996) 151-166 

[2] Microsysteemtechnologie pagina van het Ministerie van 

Economische Zaken 

[3] Market Analysis for Microsystems, 1998, NEXUS (Network of 

Excellence in multifunction Microsystems) Task Force, p. 24 

[4] Precisiebeurs 2004, Prof. Rien Koster 

[5] Gerben Klein Lebbink, Microsystem technology: exploring 

opportunities, STT-56 (1994), Stichting Toekomstbeeld der 

Techniek, ISBN 90 14 05088 7 

[6] Jan Eite Bullema, Kleine zaken, grote gevolgen, Faculteit Natuur en 

Techniek_/_Hogeschool Utrecht, L.S. 16 (2004) 

[7] About MEMS and Nanotechnology, MEMS and Nanotechnology 

Clearinghouse 

[8] Small Technologies Means Big Business, Verkenning Micro Systeem 

Technologie, oktober 2003, publicatie nummer 03141, Ministerie 

van Economische Zaken 

[9] Est, R. van, I. Malsch & A. Rip, Om het kleine te waarderen : een 

schets van nanotechnologie, 2004, Rathenau instituut, ISBN 

9077364056 

[10] David A. Patterson & John L. Hennessy, Computer Organization & 

Design, The Hardware / Software Interface (2 nd ed.), Morgan 

Kaufmann Publishers, 1-55860-491-X 

[11] Open Experimental software/hardware Platform for Network 

Embedded Systems Technology, UC Berkeley 

[12] Douglass, Powel D., Real-Time UML (2 nd ed.), Addison Wesley, 

ISBN 0 201 65784 8 

[13] MEMS: Mainstream Process Integration, Ziptronix 

[14] MST news 2/05 

[15] Infobörse 57-2004 (www.vdivde-it.de/homepage/engl/default.html) 

[16] Infobörse 56-2004 (www.vdivde-it.de/homepage/engl/default.html) 

[17] Roger H. Grace, Automotive Applications of MEMS/MST: The 

Migration from Discrete Solutions, Advanced Microsystems 

Automotive Applications Proceedings, Berlin, Germany, April 2002 

pp. 1-14 

[18] Joost van Kasteren, Zwerm microsatellieten minder kwetsbaar, 

Delft Integraal, TU Delft, 2004-4 

[19] Patrick Dewilde, The Design of Micro-Electronic Systems, Delft 

Science in Design, TU Delft, May, 26, 2005 

[20] Paddy J. French, Introduction to Silicon Sensors, Smart Sensor 

System Course, TU Delft, April 25..28, 2005 

[21] MST news 4/05 

[22] Thermogenerator, Micropelt 

[23] MST news 5/05 

[24] Network of Excellence Design for Micro Manufactoring 


[25] Johan H. Huijsing, “Where and How to Apply Smart Sensor 

Systems”, Smart Sensor System Course, TU Delft, April 25..28, 

2005. 

[26] MST news 2/06 

10.2. Waardevolle links 

www.xbow.com Crossbow Technology is a leading supplier of inertial sensor systems 

for aviation, land, and marine applications and other instrumentation sensors as well 

as the leading full solutions supplier in the wireless sensor networking arena and the 

only manufacturer of smart dust wireless sensors. 

www.analog.com As a MEMS pioneer, Analog Devices has held a leadership position 

as the industry's largest volume supplier of integrated MEMS accelerometers and 

gyroscopes. 

www.sintef.no SINTEF means The Foundation for Scientific and Industrial Research 

at the Norwegian Institute of Technology (NTH). 

news.thomasnet.com Industrial News Room is a retail site with the mission of 

delivering timely, new industrial product information. 

www.sensorsportal.com International Frequency Sensor Association (IFSA) 

www.detectorportal.net Detection Technology designs, manufactures, and markets 

unique, high performance silicon photodiodes, radiation detectors, their related 

electronics, and detector modules. These "eyes of the measurement instruments" 

provide excellent accuracy and reliability while offering the benefits of the modern 

solid-state technology. 

http://www.mems-exchange.org We provide expertise in design and fabrication 

services to help researchers and companies identify and develop applications using 

MEMS and Nanotechnology. 

http://www.sensorsmag.com Sensors magazine. The Authority for Smart Design, 

Applications and Networks. 

www.eaeeie.org European Association For Education In Electrical And Information 

Engineering. 

www.dbanks.demon.co.uk Introduction to Micro Engineering. 

www.maxim-ic.com Demystifying Piezoresistive Pressure Sensors. 

www.zigbee.org The ZigBee Alliance is an association of companies 

working together to enable reliable, cost-effective, low-power, wirelessly 

networked, monitoring and control products based on an open global 

standard. 

www.omega.com Force related, Flow & Level measurement. 

www.xensor.nl Xensor's product range consists of thermal and magnetic 

sensors and related products. Universal Transducer Interface (UTI). 


www.smartec.nl Temperature, pressure, humidity and infrared sensors. 

Universal Transducer Interface (UTI). 

www.rgrace.com Roger Grace Associates technology marketing 

consultant. 

www.memsnet.org An information resource for the MEMS and 

Nanotechnology development community hosted by the MEMS and 

Nanotechnology Exchange, the nation's leading provider of high-quality 

foundry and consulting services. 

www.micropelt.com Micropelt develops the worlds smallest cooling and 

power generation systems. 

www.mstnews.de Mstnews is a bi-monthly journal for the Micro and Nano 

community worldwide. 

www.aal169.org The objective of the specific support action "Ambient 

Assisted Living " is to prepare an Art. 169 initiative in the field of "Small 

and smart technologies for ambient assisted living". 

www.smart-systems-integration.org EPoSS brings together European 

private and public stakeholders in order to coordinate and to bundle 

efforts and to set-up sustainable structures for improving the 

competitiveness of European R&D on Smart Systems Technologies and 

their integration. 

www.betabatt.com BetaBatt is a Houston-based company in the business 

of developing long-lasting reliable power sources. The Company has 

researched and patented a novel 3D energy conversion architecture 

named the DEC TM Cell, based on nano-scale porous silicon. 


11. Bijlage I; Ambient Intelligence 

Lampen die automatisch aangaan, brievenbussen die waarschuwen als de 

postbode is geweest, navigatieapparatuur die een auto naar haar 

bestemming stuurt; in alles kan ‘intelligentie’ worden ingebouwd. Via 

internettechnologie kunnen de verschillende apparaten bovendien zowel 

onderling als met hun gebruikers communiceren. Even zo talrijk als de 

technische mogelijkheden, zijn de namen die onderzoekers en 

elektronicabedrijven aan deze ontwikkeling geven. Ubiquitous of pervasive 

computing, intelligent environment, ambient intelligence. Ze komen op 

hetzelfde neer: een toekomst waarin de mens is omringd door intelligente 

apparaten die zijn leven gemakkelijk, veilig en comfortabel maken. 

Intelligentie in de vorm van personalized informatie verhuist naar de 

periferie van onze onmiddellijke omgeving en naar onze broekzak of 

handtas. Over 10 jaar heeft een mens gigabytes aan persoonlijke 

informatie in zijn directe nabijheid, inclusief de processing die de 

mogelijkheden van de huidige computers verre zal overtreffen. Met 

ambient intelligence komt men te verkeren in een omgeving waar het 

behang een actief polymeer/silicium medium wordt waarmee beeld en 

geluid kan worden opgenomen en weergegeven en die zich laat aanpassen 

aan onze persoonlijke behoefte en gedrag. Een ruimte wordt zo in één 

handomdraai van woonkamer een kantoor. Via de muur (of een stoel) 

wordt een pc transparant doorverbonden met onze pda en andere 

intelligentie op ons lichaam, in onze tas of elders in de omgeving [19]. 


12. Bijlage II; Betrouwbaarheid 

De begrippen (mate van) betrouwbaarheid (reliability) en (mate van) 

beschikbaarheid (availability) worden – niet alleen in de MST literatuur – 

veel door elkaar gehaald. Als een van de voordelen van MST wordt 

genoemd de mogelijkheid om tegen lagere kosten de betrouwbaarheid te 

verhogen door de toepassing van een veelvoud van microsystemen in 

plaats van een enkel (macro-)systeem bijvoorbeeld in een kleiner volume 

en lager gewicht, nauwkeuriger, met beperktere energieconsumptie, 

betrouwbaarder en bedrijfzekerder Te denken valt aan systemen met 

meerdere sensoren ter optimalisatie van bereik, gevoeligheid en 

selectiviteit. Echter, als 1 (micro)systeem een faalkans heeft van 1 /k, dan 

heeft een configuratie bestaande uit meerdere van die (micro)systemen 

een faalkans die groter is dan 1 /k. De betrouwbaarheid is omgekeerd 

evenredig met de faalkans en neemt dus af. Wat wordt bedoeld is dat bij 

een geschikte organisatie en topologie van een systeem bestaande uit 

meerdere microsystemen, ondanks de afnemende betrouwbaarheid, de 

beschikbaarheid – en daarmee bedrijfszekerheid – kan worden verbeterd. 

De beschikbaarheid kan worden uitgedrukt als A = MTBF / MTBF+MTTR, waarin MTBF 

staat voor mean time between failure en MTTR voor mean time to repair. 

Het Internet (met het TCP/IP protocol) is fysiek zodanig georganiseerd dat 

per data-packet een andere routering kan worden gekozen. Een 

netwerktopologie bestaande uit meerdere alternatieve routeringen wordt 

als geheel niet betrouwbaarder, maar door de mogelijkheid van 

alternatieve routering verbetert de beschikbaarheid. Een opslagsysteem 

voorzien van twee identieke, volledig “parallelle” harddisks (Mirroring, 

RAID 1), maakte de faalkans van dat opslagsysteem 2x groter, maar 

verzekert een beschikbaarheid die afhangt van de kans dat tijdens de 

vervanging van de 1 e ook de 2 e harddisk in het opslagsysteem uitvalt. 

Smart dust netwerken zijn peer-to-peer netwerken van communicerende 

microsystemen. Op zich zijn deze nodes zeer primitief maar vormen ze als 

grote verzameling deelnemers een krachtig gedistribueerd systeem. 

Alomtegenwoordig en net zo nietig als stof. Berichten worden van node 

naar node richting eindbestemming doorgegeven. Berichten over kleine 

afstand transporteren is energie-efficiënt, want de energieverdeling 

rondom een zender is evenredig met het kwadraat van de afstand tot die 

zender. De smart dust nodes hoeven op zichzelf niet betrouwbaar te zijn – 

bij voldoende dichtheid mogen er velen uitvallen – maar bij geschikte 

organisatie van de verzameling blijft de bedoelde functionaliteit 

beschikbaar (zie ook §8.2, MicroNed/TUD microsatelliet). 


13. Bijlage III; MEMS Encapsulation in FPGA’s 

Zoals eerder betoogt heeft de MEMS fabricage haar wortels in de microelektronicachip 

fabricage (zie §2, Geschiedenis en achtergronden 

Microsysteemtechnologie). Was het initiële succes van MEMS gelegen in de 

overeenkomsten met de IC industrie, de huidige groeiproblemen – d.w.z. 

massificatie tegen gelijkblijvende of lagere kosten – worden veroorzaakt 

door de fundamentele (fabricage) verschillen tussen ICs en MEMSs (zie 

§2.2, Micromachining). Waar het niet ongebruikelijk is bij ICs memory, CPU 

en I/O functies te integreren, blijven die bij MEMS veelal separaat en 

moeten deze worden gecombineerd met andere (IC) functies tot een zinvol 

product. Daar waar in het fabricage proces wel combinaties worden 

gemaakt, dreigt minder optimale performance van zowel IC-functies als 

MEMS-functies tegen hogere kosten (zie §7.9, Smart transducers). 

Niet verwonderlijk dus dat er in de industrie interesse is om met name de 

back-end processing (dicing, packaging en assembly) compatibel te 

maken met de standaard IC proces flow [13]. 

Speculatief, maar nog interessanter wordt het als MEMS kan worden 

geïntegreerd met Field Programmable Gate Arrays (FPGAs). FPGAs maken 

het mogelijk arbitrair complexe (digitale) functies, tot aan complete 

processor- en netwerk core’s, te configureren in structuren bestaande uit 

duizenden logical gates. Dit geeft in potentie de mogelijkheid MST-SoCs 

(System-on-Chip) te realiseren.

Micro Systeem Technologie - Innovatie, Energie & Productrealisatie

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?