Микроэлектромеханические системы: патенты в мире и в России

Микроэлектромеханические системы, или сокращённо МЭМС, представляют собой удивительный гибрид, в котором на одном крошечном кристалле соединяются электронные микросхемы и крошечные движущиеся механизмы. По сути, это «умные» микромашины, способные чувствовать, измерять и даже действовать, занимая при этом площадь в несколько квадратных миллиметров. Сегодня они незаметно, но прочно вошли в нашу повседневную жизнь. О них сегодня мы и поговорим.

Где применяются

Если посмотреть на то, где именно работают эти микромеханизмы, то пальму первенства, безусловно, держит бытовая электроника. Именно МЭМС-датчики позволяют смартфонам понимать, повернули ли мы экран, игровым консолям — реагировать ^[1] на каждое движение игрока, а умным часам — отслеживать пульс и подсчитывать шаги, словно заботливый персональный тренер. Почти так же широко они применяются в автомобильной промышленности: здесь от них зависит безопасность — от своевременного раскрытия подушек безопасности до контроля давления в шинах и работы сложных систем помощи водителю, известных как ADAS. Не обходится без МЭМС и в здравоохранении, где они служат основой для точного диагностического оборудования, имплантируемых устройств и портативных мониторов, позволяющих врачам получать данные о состоянии пациента в реальном времени. Наконец, в промышленной автоматизации эти датчики стали незаменимыми помощниками, обеспечивая профилактическое обслуживание станков и точный контроль над сложными производственными линиями. Что же касается самой продуктовой линейки, то здесь основными игроками выступают инерционные датчики, измеряющие ускорение и поворот, датчики давления, миниатюрные микрофоны, а также оптические МЭМС, используемые в проекторах и телекоммуникационном оборудовании.

Однако технологии не стоят на месте, и сегодня развитие МЭМС определяется несколькими ярко выраженными мировыми трендами. Первый и самый очевидный из них — это тотальная миниатюризация и интеграция, когда инженеры стремятся уместить в одном корпусе сразу несколько функций, например акселерометр, гироскоп и магнитометр. Такой комплексный подход не только повышает точность измерений и снижает энергопотребление, но и открывает совершенно новые ниши для применения этих устройств. Вторым важным направлением стало слияние датчиков, или сенсорная фузия, когда данные от разных МЭМС-элементов объединяются в единый информационный поток, позволяя создавать по-настоящему «умные» системы, способные к сложному анализу и самостоятельному принятию решений. Третьим ключевым трендом является энергоэффективность: поскольку вокруг нас стремительно растёт число портативных и носимых устройств — от умных часов до медицинских имплантатов — спрос на МЭМС с рекордно низким потреблением энергии становится всё более жёстким. Набирают популярность и гибкие, а в некоторых случаях даже растягивающиеся компоненты, которые открывают захватывающие перспективы в носимой электронике и биомедицине. И наконец, пятый тренд — это глубокая интеграция с искусственным интеллектом ^[2] и экосистемой интернета вещей, когда данные с датчиков обрабатываются алгоритмами машинного обучения ^[3] для прогнозирования сбоев, оптимизации процессов и создания всё более автономных систем, способных работать без вмешательства человека.

Если же говорить о цифрах и прогнозах, то аналитики единодушно отмечают устойчивый и уверенный рост мирового рынка МЭМС. Согласно исследованию ^[4] Future Market Report, в период с 2025 по 2032 год среднегодовой темп роста этого рынка составит около 9,6 процентов, а к 2032 году его общий объём может достичь впечатляющей отметки в 31,5 миллиарда долларов США. Такой оптимистичный прогноз не случаен: прежде всего, это неутомимый аппетит потребительской электроники, где каждый новый смартфон, умные часы или наушники TWS буквально напичканы датчиками. Затем идет автомобилестроение, где системы помощи водителю, электрокары и беспилотники предъявляют все более высокие требования к точности навигации, контролю устойчивости и обнаружению столкновений. В медицине МЭМС становятся основой для имплантов, портативных мониторов и инновационных лабораторий-на-чипе, позволяющих проводить анализ буквально на коленке. Промышленная автоматизация и интернет вещей также подстегивают спрос, поскольку датчики необходимы для мониторинга условий окружающей среды, профилактического обслуживания оборудования и сбора данных в реальном времени. Не стоит забывать ^[5] и о мониторинге окружающей среды: растущая обеспокоенность качеством воздуха, воды и уровнем загрязнителей создает устойчивый спрос на чувствительные и надежные МЭМС-решения. Таким образом, микроэлектромеханические системы, оставаясь невидимыми для глаза, постепенно становятся чувствительной нервной системой современного технологического мира.

Какие патенты на изобретения по этой теме?

На портале Google.Patents поиск по запросу micro-electrical-mechanical-systems показывал более 100 000 документов на июль 2026 г. В рамках МПК рейтинг тематик следующий:

• обработка цифровых данных с помощью электрических устройств G06F ^[6] – 21,9%;

• диагностика; хирургия; опознание личности A61B ^[7] – 13,9%;

• оптические элементы, системы или приборы G02B ^[8] – 13,2%;

• компьютерные системы, основанные на специфических вычислительных моделях G06N ^[8] – 12,1%;

• обработка или генерация данных изображения G06T ^[9] – 11,7%;

• радиопеленгация; радионавигация; измерение расстояния или скорости с использованием радиоволн; определение местоположения или обнаружение объектов с использованием отражения или переизлучения радиоволн; аналогичные системы с использованием других видов волн G01S ^[10] – 11%;

• сети беспроводной связи H04W ^[8] – 10,4%;

• распознавание изображений G06V ^[8] – 9,2%.

Видно, что 7 кодов МПК попадают в группу с более чем 10% патентных документов.

По (micro-electrical-mechanical-systems) (G06F) google.patents показывает 90500 патентов. Динамика мирового патентования представлена на рис. 1.

Видно, что был относительный пик публикации патентов в 2016-2019 годах, но в целом последнее время патентование было почти платообразным и стабильно высоким. Рейтинг ТОП-10 патентовладельцев по (micro-electrical-mechanical-systems) (G06F) следующий:

1. Nvidia Corporation ^[11] – 4,2%

2. International Business Machines Corporation ^[12] – 4,1%;

3. Samsung Electronics Co., Ltd. – 2,6%;

4. Dell Products L.P. ^[13] – 1,7%;

5. Intel Corporation ^[13] – 1,6%;

6. Microsoft Technology Licensing, Llc ^[14] – 1,4%;

7. Apple Inc. ^[13] – 1,3%;

8. Huawei Technologies Co., Ltd. 1%;

9. Hitachi, Ltd. – 0,9%;

10. Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. ^[15] – 0,8%;

Как видите, сплошь мировые техногиганты из США, Японии, Южной Кореи и Китая. 

Примеры патентов:

• US10976811B2 Microsoft Technology Licensing LLC. Eye-tracking with MEMS scanning and reflected light;

• CN114175681B Qualcomm Inc. Piezoelectric MEMS device with adaptive threshold for acoustic stimulus detection;

• US10520722B2 Sony Interactive Entertainment Inc. Systems and methods for using a MEMS projector to determine an orientation of a photosensor of an HMD or another controller

По медицинским МЭМС (micro-electrical-mechanical-systems) (A61B) мы нашли показывает 29200 патентов. Динамика мирового патентования представлена на рис. 2.

Видна аналогичная динамика патентования. Рейтинг ТОП-10 патентовладельцев по медицинским МЭМС, следующий:

1. Elwha Llc ^[16] – 1,9%;

2. Olympus Optical Co., Ltd. – 1,5%;

3. Cilag Gmbh International ^[17]1. – 4%;

4. Cardiac Pacemakers, Inc. ^[18] – 1,3%;

5. Olympus Optical Co Ltd ^[19]1. – 2%;

6. The Invention Science Fund I, Llc ^[20] – 1,1%;

7. Medtronic, Inc. ^[14] – 1,1%;

8. DePuy Synthes Products, Inc. ^[21] – 0,9%;

9. Medibotics Llc ^[22] – 0,9%;

10. Samsung Electronics Co., Ltd. – 0,8%;

Видно обилие специализированных медицинских компаний, половина из которых с говорящими названиями, причем явного лидера нет. Из предыдущего рейтинга здесь только южнокорейский Samsung. 

Примеры патентов:

• CA2735898C System and method for using micro-electro-mechanical systems (mems) to heal wounds;

• US20260123910A1 Speed determination for intraluminal ultrasound imaging and associated devices, systems, and methods;

• CN113666327B SOC (system on chip) PMUT (passive optical network) suitable for high-density system integration, array chip and manufacturing method.

Что в России?

В базе ФИПС патентов РФ на изобретения по рефератам на Микроэлектромеханические системы 148 патентов, из которых 66 действует на июль 2026. Динамика всех патентов представлена на рис. 3

Отметим всплеск патентования в 2009-2018 гг., спад 2019-2023 гг. и некоторый рост в 2024-2026 годах.

Примеры действующих патентов:

• №2861736 ^[23] (2026) Способ изготовления элементов микроэлектромеханических систем на основе ниобата и танталата лития. МИСИС. Изобретение относится к области микроэлектроники и микросистемной техники, а именно к способам утонения элементов для микроэлектромеханических систем (МЭМС) на основе ниобата лития (LiNbO3, LN) и танталата лития (LiTaO3, LT), и может быть использовано для создания чувствительных и высокостабильных микроэлектромеханических датчиков и резонаторов, включая биморфные мембраны, консольные и камертонообразные элементы, а также акусто- и оптоэлектронные устройства. 

• №2858735 ^[24] (2026) Способ и устройство для измерения параметров дорожного движения. ООО «ОЛЬВИЯ» (Москва). Устройство содержит: СВЧ-модуль, процессорный модуль и модуль управления. СВЧ-модуль содержит генератор, приемники и антенну. К каждому приемнику подключена антенная решетка антенны, образуя излучающий и приемные каналы. 

Патентов РФ на полезные модели по теме 19, из которых действует 4 ед. Приведем пример. Патент №215318 ^[25] (2022) Тепловой датчик расхода газов калориметрического типа. Московский институт электронной техники (Зеленоград). Полезная модель относится к измерительной технике – области микроэлектронных и микроэлектромеханических (МЭМС) устройств, а именно к тепловым датчикам расхода газов. Тепловой датчик расхода газов калориметрического типа содержит чувствительный элемент, который представляет собой тонкую диэлектрическую мембрану над отверстием в кремниевом кристалле с термочувствительными элементами на мембране. 

Свежие заявки на изобретения после 2016г. не публиковались.

Зарегистрированы 4 топологии интегральных схем. Приведем примеры: 

• №2016630155 ^[26] Тензо- и терморезисторный преобразователь датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы 15Н. АО «Научно-исследовательский институт физических измерений». Интегральная микросхема (ИМС) относится к измерительной технике. 

• №2020630224 ^[27] Интегральная схема аналого-цифровой и логической обработки низкоуровневых сигналов. АО «Гирооптика». Интегральная схема предназначена для управления и обработки массивов навигационно-управляющих сигналов магниточувствительных элементов, катушек смещения «offset» и перемагничивания «set/reset», микромеханических чувствительных элементов угловой скорости и линейного ускорения.

Имеется 20 зарегистрированных программ для ЭВМ в 2013-2024 гг. Например, №2023689236 ^[28] Вычисление и визуализация частотных составляющих вибросигналов для систем мониторинга и технической диагностики промышленного оборудования. Иркутский национальный исследовательский технический университет. Программа предназначена для использования в системах мониторинга вибрационных характеристик и технической диагностики промышленного оборудования.

Баз данных по нашей теме нет. 

НИОКР

По теме Микроэлектромеханические системы (МЭМС) в базе ГИС «Наука» 96 документов, в основном отчёты по НИР. Нас особо привлекли недавно начатые, ведущиеся исследования и разработки, поскольку они сулят новые патенты и свидетельства.

Так, в 2025-2026 гг. Санкт-Петербургский Политехнический Университет Петра Великого за грант 3 млн руб. от РНФ проводит НИР «Разработка научных основ создания мультисенсорных навигационных микросистем на основе принципа электромагнитной левитации». Проект направлен на разработку МЭМС-сенсоров с бесконтактным подвесом чувствительного элемента системы на основе эффекта электромагнитной (индукционной) левитации. 

Национальный исследовательский университет «МЭИ» в 2025-2026 гг. осуществляет теоретические и экспериментальные исследования динамики микромеханического гироскопа с кольцевым резонатором. Целью работы является развитие методов механики по математическому моделированию, проектированию и расчету элементов микроэлектромеханических систем (МЭМС).

На 2025-2028 гг. спланирована работа МИСиС на тему «Создание нового класса немагнитных коррозионностойких материалов с постоянным уровнем упругих свойств для элементов датчиков и активных устройств, работающих в широком температурном интервале, на основе титановых сплавов с элинварным эффектом нового типа» (грант 18 млн руб. от РНФ). 

Заключение

В мире огромное количество изобретений по МЭМС. За рубежом основные патентодержатели это техногиганты с мировым именем. 

У нас картина несколько иная. К сожалению, назвать некоторых отечественных игроков мы не можем. Тема оказалась весьма специфической. Но из открытых источников очевидно, что патентовалось и патентуется немало разработок. И о некоторых из них мы узнаем еще нескоро.