Este trabalho visa o desenvolvimento de um sistema de controle, para permitir a dirigibilidade de um veículo automotor, por meio do acionamento de um joystick por um usuário, que substitui o volante e os pedais do acelerador e do freio. Foi construída uma placa de controle, que recebe os sinais de controle tais como esterçamento, aceleração e frenagem vindos do joystick operado pelo usuário, processa esses sinais e aciona eletronicamente os atuadores mecânicos no volante da direção, no servo freio e no acelerador, permitindo o controle dinâmico do veículo. Para testar esse sistema de controle foi desenvolvido um simulador de dinâmica veicular, que fornece em tempo real, as respostas dinâmicas de um veículo quando solicitado pelo usuário, por meio de comandos de direção, aceleração e frenagem. Associada ao referido simulador foi desenvolvida uma bancada de testes, que inclui os atuadores mecânicos, sensores, placa de controle e o joystick, que são testados em tempo real por um usuário, dirigindo um veículo com o auxílio do simulador em uma estrada virtual, realizando manobras como curvas, acelerações e frenagens variadas. Durante os testes mencionados foi encontrada uma série de falhas, que comprometiam a segurança e a dirigibilidade do veículo. Com base nessas falhas foi construída uma árvore de falhas, para o sistema proposto, cuja falha principal era a perda da dirigibilidade do veículo. Partindo da análise qualitativa da árvore de falhas foi proposta uma série de ações corretivas, visando manter o sistema no âmbito da dirigibilidade segura, para o usuário. Finalmente, uma proposta de um protocolo de segurança, para desenvolvimento de sistemas drive-by-wire é sugerida tendo como base o desenvolvimento deste trabalho. / This work aims the development of a control system, to allow the handling of a automotive vehicle, by moving a joystick, which replaces the steering wheel, accelerator and braking pedals and is operated by a user. An electronic control board was built to receive control signals, such as steering, acceleration and braking signals, using a joystick handled by a user. It converts those signals and activates the mechanical actuators in the steering wheel, brake booster and accelerator, to allow the dynamic control of the vehicle. To test that control system, it was developed a vehicle dynamics simulator, which provides, in real time, the dynamics responses of a vehicle when driven by a user, by steering, braking and accelerating commands. Together with the simulator it was developed a test bench, with mechanical actuators, sensors, a control board and a joystick, which were tested in real time, by a user driving a vehicle with the assistance of the simulator, on a virtual road, performing maneuvers like curves, accelerations and varied braking. During the test it was found a series of faults, which affected the safety and driveability of the vehicle. Based on these faults, it was built a fault tree, to the proposed system, whose main fault was the loss of driveability of the vehicle. Based on the qualitative analysis of the fault tree, it was proposed a series of corrective actions, in order to keep the system on scope of the safe driveability. Finally, a proposal for a safety protocol for drive-by-wire systems was made, based on the development of this work.

O presente trabalho é uma pesquisa tecnológica (P&D) de inovação tecnológica de produto para o mercado brasileiro, que visa desenvolver um transmissor de pressão inteligente de alta exatidão com protocolo HART e sensor piezoresistivo em parceria LSI-USP / MEMS Ltda. Fornecendo assim um protótipo de um produto competitivo no mercado brasileiro. Neste trabalho se apresenta uma arquitetura baseada nos transmissores 4-20 mA de alta exatidão da MEMS Ltda. Essa arquitetura mantém as características de desemprenho da medição analógica e adiciona os componentes necessários para suportar as funções do padrão HART com camada física Bell 202. Além da arquitetura, neste documento é apresentado: o desenvolvimento das interfaces entre o algoritmo de compensação e os algoritmos responsáveis da comunicação digital, as modificações no circuito de controle da corrente de laço para permitir a modulação do sinal de 1200 Hz e 2200 Hz usado pela comunicação digital, e o projeto de alimentação do transmissor, que foi projetado visando a eficiência para respeitar os limites de consumo de corrente. Os resultados obtidos com essa nova arquitetura, apresentam que são mantidas as características dos transmissores 4-20 mA usados como base, e que a medição digital tem um nível de erro 0,05 %FS (porcentagem de fundo de escala) menor do que a saída analógica do mesmo transmissor, valor considerável comparado com o 0,2 %FS que é o nível de erro total do sistema. Os protótipos usados para as medições foram caracterizados num processo que levou 35 dias de operação continua, validando assim o projeto elétrico e software desenvolvido. / This thesis consists of a technical research (P&D) on technological innovations of a highly accurate intelligent pressure transmitter using a HART protocol and piezoresistive sensors in collaboration with LSI-USP / MEMS Ltda. The outcome consists of a prototype of a competitive product in the Brazilian market. This project presents a product architecture based on highly accurate 4-20mA MEMS Ltda. transmitters. It maintains the features necessary for analogical measurements and adds components, which are compatible with the functions of HART with a Bell 202 physical layer. In addition to the architecture, this document presents the development of: interfaces between the compensation algorithm and digital communication algorithms, modifications of the current loop control circuit to allow signal modulation used by digital communications of 1200Hz and 2000Hz, a voltage source project, which envisioned efficiency and considered the limits of current consumption. Results of this architecture show that the 4-20mA transmitter´s characteristics, used as a starting point for the product, are maintained and that digital measurements present 0.05%FS (Full Scale) less error than analogical measurements taken by the same transmitter. This presents a significant error reduction when compared to the total error of the system, which is 0, 2 %FS. The prototypes used for measurements were tested during 35 continuous days, validating their electrical installation and software.

O estudo de sistemas voltados para a detecção e discriminação de compostos e substâncias gasosas tem se destacado nas áreas da nanociência e da nanotecnologia devido ao grande interesse no controle de odores e aromas presentes em alimentos, cosméticos e no meio ambiente. Dentre os diversos tipos de sensores matriciais de gases, conhecidos como narizes eletrônicos, os feitos à base de polímeros vêm se destacando devido ao baixo custo, fácil processabilidade, operação em temperatura ambiente e boa resposta sensorial. O presente trabalho mostra a confecção e análise de sensores poliméricos e um nariz eletrônico de pequenas dimensões, portátil e de baixo custo baseado em polímeros condutivos. Como materiais ativos dos sensores foram estudados materiais pertencentes à classe das polianilinas, politiofenos, polipirrol e ftalocianina de níquel, depositados por duas técnicas diferentes: spin coating e automontagem. As análises da espessura, reprodutibilidade e estabilidade elétrica mostraram diferenças em relação aos materiais empregados e a técnicas escolhidas, em que a uniformidade superficial não está associada diretamente com a estabilidade elétrica. Sensores que empregam PAni e POMA sofrem variação da resistência elétrica em função do tempo, o que está relacionado com a perda de dopagem desses materiais. O projeto e desenvolvimento de uma câmara de medidas são relatados com simulações que mostraram o perfil adequado para o posicionamento dos sensores. Para nortear a concepção do nariz, foi realizado um comparativo entre resistência e capacitância elétricas como parâmetros de interrogação mostrando resultados similares na discriminação, mas com diferenças de 100 vezes em valor relativo, o que resultou na escolha da resistência elétrica. O nariz eletrônico concebido apresenta poder de discriminação não só comparável ao da técnica de cromatografia gasosa, como também permite discriminar diversos tipos de analitos: perfumes, álcool etílico puro e adulterado, sucos de maçã, vinhos, cachaças e cachaças adulteradas e mel, tanto através da técnica de PCA quanto por redes neurais artificiais. O emprego de uma elipsóide como selecionador da região das classes facilitou o processo de visualização e análise dos dados enquanto que o uso de redes neurais mostrou classificações corretas próximas a 100% para praticamente todos os analitos. / The study of sensors for detection and discrimination of gaseous substances and compounds have been gaining much attention in areas such as nanocience and nanotechnology due to the great motivation in control of odors and substances associated with food, cosmetics and environment. Within several types of gas sensor arrays, known as electronic noses, polymeric-made ones distinguishes due to good sensory response, can be utilized at ambient temperature, are able to be easily processed and are of potential low cost. This work shows the fabrication and analysis of polymeric sensors and a small size, low cost and portable electronic nose. Polymeric materials belonging to polyaniline, polythiophene and polypyrrole classes and nickel phtalocyanines, deposited by two different techniques (spin coating and self assembly) were studied as active materials for the sensors. Analysis of thickness, reproducibility and electrical stability were performed and they showed differences among the studied materials and deposition techniques, where superficial uniformity is not associated directly with electrical stability. Sensors with PAni and POMA showed an electrical resistance variation in function of time which is related to dopant loss. Project and development of an analysis chamber are reported with simulations that showed an adequate profile for sensor positioning. A comparison between resistance and capacitance was performed aiming the electronic nose conceptualization. Both parameters showed similar discrimination capability but a 100 times difference in relative variation, leading to the choice of the electrical resistance. The conceived electronic nose shows a discrimination capability similar to gas chromatography and also allows the discrimination of many different analyte types: perfumes, pure and adulterated ethanol, apple juices, wines, pure and adulterated cachaças and honey, either with PCA technique or as well with artificial neural networks. The use of an ellipsoid to envelop class regions ease the visualization process and data analysis from PCA results while neural networks showed correct classifications near to 100% for almost all analytes.

Existe um grande interesse nos nitretos de Ga e In, assim como as suas ligas, por seu potencial na fabricação de dispositivos optoeletrônicos que operam na região do espectro eletromagnético de amarelo-verde até perto da região UV. Destes materiais, a estrutura cúbica (zíncblende) apresenta a vantagem sobre a sua contraparte hexagonal principalmente por estar livre do efeito piezoelétrico que separa os elétrons e buracos diminuindo a eficiência de recombinação. Este trabalho descreve o crescimento e caracterização de GaN cúbico dopado com carbono e de ligas, também cúbicas, de InGaN crescidas sobre diferentes substratos. As amostras foram crescidas por Epitaxia de Feixe Molecular (Molecular Beam Epitaxy ou MBE) assistido por plasma. Várias técnicas experimentais foram utilizadas para caracterizar as amostras assim crescidas. A aplicação destas técnicas nos permitiu obter informação detalhada sobre diversos aspectos importantes destes materiais. Estas técnicas vão desde várias formas de difração de raios-X até diversas formas de espalhamento de luz. O uso combinado de todas estas técnicas foi crucial para determinar as propriedades fundamentais destes materiais, tais como a qualidade cristalina, o estado de tensão das camadas ativas e, para as ligas, o grau e tipo de separação de fase (resultando em regiões de diferente conteúdo de In, com conseqüente diferença nas energias dos gaps). Dentre os resultados principais destacamos o de determinar o mecanismo de incorporação de carbono nos filmes de GaN, atingindo altas concentrações de portadores e boa qualidade cristalina. Nas ligas de InGaN depositadas sobre SiC (filmes tensionados), o único que indica que haveria uma separação de fase é o Stokes-like shift gigante e constante e o fato de que em medidas de PL, com energia de excitação abaixo da borda de absorção da liga, ainda pode ser visto o pico de recombinação. Já, em amostras parcialmente relaxadas como os filmes de InGaN depositados sobre substratos de GaAs, teríamos também esta separação de fase com uma fase minoritária (rica em In) e outras duas fases correspondente à liga bulk com fração molar de In próximas entre si. Em particular, as técnicas de fotoluminescência e fotoluminescência de excitação são insubstituíveis na detecção de fases segregadas. / There has been a great interest in nitrides of Ga and In, as well as their alloys, due to their great potential for the fabrication of optoelectronic devices operating from the yellow-green region to the near UV regions of the electromagnetic spectrum. Of these, the cubic (zincblende structure) varieties present the advantage over their more common hexagonal counterparts, of being free from piezoelectric fields (induced by the biaxial strain inherent in most growth techniques) which separate electrons and holes leading to the detriment of recombination efficiency. In the present work we report the growth and characterization of thin films of cubic GaN doped with carbon and undoped InGaN films. The samples were grown by plasma-assisted MBE (Molecular Beam Epitaxy) on different crystalline substrates. Characterization techniques varied from different forms of X-ray diffraction, electrical (Hall Effect) measurements to distinct forms of light scattering. The combination of these techniques was decisive in accessing physical properties of the materials, such as crystalline quality, state of tension and, for the alloys, phase separation (resulting in regions of different composition and energy gap). No single technique could have given us the answer to all these materials properties. Rather, the combination of all these experimental tools allowed us to obtain details about the composition and quality of The grown material. In particular, techniques related to the photoluminescence and photoluminescence excitation techniques were irreplaceable in detecting the presence of segregated phases that appear in such small quantities as to remain undetected by other techniques.

As Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) caracterizam-se por suas limitações computacionais e escassos recursos de energia, que limitam seu desempenho em determinados ambientes. O padrão ZigBee, baseado nas especificações da norma IEEE 802.15.4, constitui uma alternativa de solução às limitações existentes. Entre seus objetivos o padrão aumenta a autonomia dos nós sensores e proporciona confiabilidade em transmissões de baixa velocidade através de técnicas eficientes de gerenciamento de recursos. Embora o padrão ZigBee/802.15.4 seja em teoria a melhor opção para o desenvolvimento de novas tecnologias de nós sensores, faz-se necessário uma avaliação das diferentes características do padrão e seu comportamento em RSSF. Especificamente a avaliação é realizada nas primeiras três camadas: Física, de Enlace e de Rede. Embora vários estudos sobre o padrão tenham sido realizados, a maioria baseada em simulações ou análise matemática. Faz-se necessária, a realização de experimentos em ambientes reais (Internos e Externos) que possam permitir a obtenção de resultados que auxiliem no desenvolvimento de novos hardwares e aplicações para as novas RSSF baseadas no padrão ZigBee. Na realização dos experimentos consideramos cenários Internos e Externos, foram avaliadas as características que as RSSFs ZigBee/802.15.4 apresentam nestes ambientes de avaliação. Nos experimentos realizados se incluem a aplicação dos modelos Beacon- Enabled e Beacon-Disabled propostos pelo 802.15.4 e adotados pelo padrão ZigBee. O trabalho também apresenta resultados de alcance de sinal de um nó sensor para os dois cenários de avaliação, o qual inclui as distâncias máximas de separação dos nós na rede com o objetivo de atingir maiores áreas de cobertura. Ao mesmo tempo é realizada uma análise das topologias malha, estrela e seu impacto nos diferentes ambientes de avaliação. Finalmente é implementada uma ferramenta para medir o impacto no consumo de energia do nó nos diferentes eventos de comunicação. / A Wireless sensors network (WSN) have limited energy and computational capabilities that difficult the performance in some environments. Considering these limitations the ZigBee standard was created based in the specifications of the norm IEEE 802.15.4. Between their objectives of this standard is to increase the autonomy of sensors and provides trustworthiness of transmissions of low speed through efficient techniques of resource management. Although the ZigBee/802.15.4 standard is in theory the best option for the development to new technologies of sensors nodes, is necessary an evaluation of the different characteristics of the standard and its behavior in wireless sensors network. Specifically the evaluation is carried out in the first three layers; Physical, Link and Network, measuring its performance on an architecture of sensors nodes developed on the characteristics of the ZigBee standard. Although some studies on the standard have been carried out, they are all based on simulation or mathematical analysis then is necessary to perform experiments in real environments. These experiments could allow the acquirement of results that assist in the development of new hardware and applications for the new wireless sensors network based on the ZigBee standard. To realize the experiments we consider indoor and outdoor environments, were evaluated the features that WSNs ZigBee/802.15.4 show in those environments. Were included on the experiments the application of the models Beacon-Enabled e Beacon-Disabled proposed by 802.15.4 and adopted by ZigBee standard. This work too contains results of signal coverage of a sensor node for the two scenarios of evaluation. This result includes the separation distance between nodes in a net with the aim cover big areas. At the same time is realized an analysis of the net topologies mesh and star, and their impact at different environments of evaluation. Finally is developed a tool to measure the impact of energy consumption of the node on the different communication events.

O presente trabalho é uma pesquisa tecnológica (P&D) de inovação tecnológica de produto para o mercado brasileiro, que visa desenvolver um transmissor de pressão inteligente de alta exatidão com protocolo HART e sensor piezoresistivo em parceria LSI-USP / MEMS Ltda. Fornecendo assim um protótipo de um produto competitivo no mercado brasileiro. Neste trabalho se apresenta uma arquitetura baseada nos transmissores 4-20 mA de alta exatidão da MEMS Ltda. Essa arquitetura mantém as características de desemprenho da medição analógica e adiciona os componentes necessários para suportar as funções do padrão HART com camada física Bell 202. Além da arquitetura, neste documento é apresentado: o desenvolvimento das interfaces entre o algoritmo de compensação e os algoritmos responsáveis da comunicação digital, as modificações no circuito de controle da corrente de laço para permitir a modulação do sinal de 1200 Hz e 2200 Hz usado pela comunicação digital, e o projeto de alimentação do transmissor, que foi projetado visando a eficiência para respeitar os limites de consumo de corrente. Os resultados obtidos com essa nova arquitetura, apresentam que são mantidas as características dos transmissores 4-20 mA usados como base, e que a medição digital tem um nível de erro 0,05 %FS (porcentagem de fundo de escala) menor do que a saída analógica do mesmo transmissor, valor considerável comparado com o 0,2 %FS que é o nível de erro total do sistema. Os protótipos usados para as medições foram caracterizados num processo que levou 35 dias de operação continua, validando assim o projeto elétrico e software desenvolvido. / This thesis consists of a technical research (P&D) on technological innovations of a highly accurate intelligent pressure transmitter using a HART protocol and piezoresistive sensors in collaboration with LSI-USP / MEMS Ltda. The outcome consists of a prototype of a competitive product in the Brazilian market. This project presents a product architecture based on highly accurate 4-20mA MEMS Ltda. transmitters. It maintains the features necessary for analogical measurements and adds components, which are compatible with the functions of HART with a Bell 202 physical layer. In addition to the architecture, this document presents the development of: interfaces between the compensation algorithm and digital communication algorithms, modifications of the current loop control circuit to allow signal modulation used by digital communications of 1200Hz and 2000Hz, a voltage source project, which envisioned efficiency and considered the limits of current consumption. Results of this architecture show that the 4-20mA transmitter´s characteristics, used as a starting point for the product, are maintained and that digital measurements present 0.05%FS (Full Scale) less error than analogical measurements taken by the same transmitter. This presents a significant error reduction when compared to the total error of the system, which is 0, 2 %FS. The prototypes used for measurements were tested during 35 continuous days, validating their electrical installation and software.

As Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) caracterizam-se por suas limitações computacionais e escassos recursos de energia, que limitam seu desempenho em determinados ambientes. O padrão ZigBee, baseado nas especificações da norma IEEE 802.15.4, constitui uma alternativa de solução às limitações existentes. Entre seus objetivos o padrão aumenta a autonomia dos nós sensores e proporciona confiabilidade em transmissões de baixa velocidade através de técnicas eficientes de gerenciamento de recursos. Embora o padrão ZigBee/802.15.4 seja em teoria a melhor opção para o desenvolvimento de novas tecnologias de nós sensores, faz-se necessário uma avaliação das diferentes características do padrão e seu comportamento em RSSF. Especificamente a avaliação é realizada nas primeiras três camadas: Física, de Enlace e de Rede. Embora vários estudos sobre o padrão tenham sido realizados, a maioria baseada em simulações ou análise matemática. Faz-se necessária, a realização de experimentos em ambientes reais (Internos e Externos) que possam permitir a obtenção de resultados que auxiliem no desenvolvimento de novos hardwares e aplicações para as novas RSSF baseadas no padrão ZigBee. Na realização dos experimentos consideramos cenários Internos e Externos, foram avaliadas as características que as RSSFs ZigBee/802.15.4 apresentam nestes ambientes de avaliação. Nos experimentos realizados se incluem a aplicação dos modelos Beacon- Enabled e Beacon-Disabled propostos pelo 802.15.4 e adotados pelo padrão ZigBee. O trabalho também apresenta resultados de alcance de sinal de um nó sensor para os dois cenários de avaliação, o qual inclui as distâncias máximas de separação dos nós na rede com o objetivo de atingir maiores áreas de cobertura. Ao mesmo tempo é realizada uma análise das topologias malha, estrela e seu impacto nos diferentes ambientes de avaliação. Finalmente é implementada uma ferramenta para medir o impacto no consumo de energia do nó nos diferentes eventos de comunicação. / A Wireless sensors network (WSN) have limited energy and computational capabilities that difficult the performance in some environments. Considering these limitations the ZigBee standard was created based in the specifications of the norm IEEE 802.15.4. Between their objectives of this standard is to increase the autonomy of sensors and provides trustworthiness of transmissions of low speed through efficient techniques of resource management. Although the ZigBee/802.15.4 standard is in theory the best option for the development to new technologies of sensors nodes, is necessary an evaluation of the different characteristics of the standard and its behavior in wireless sensors network. Specifically the evaluation is carried out in the first three layers; Physical, Link and Network, measuring its performance on an architecture of sensors nodes developed on the characteristics of the ZigBee standard. Although some studies on the standard have been carried out, they are all based on simulation or mathematical analysis then is necessary to perform experiments in real environments. These experiments could allow the acquirement of results that assist in the development of new hardware and applications for the new wireless sensors network based on the ZigBee standard. To realize the experiments we consider indoor and outdoor environments, were evaluated the features that WSNs ZigBee/802.15.4 show in those environments. Were included on the experiments the application of the models Beacon-Enabled e Beacon-Disabled proposed by 802.15.4 and adopted by ZigBee standard. This work too contains results of signal coverage of a sensor node for the two scenarios of evaluation. This result includes the separation distance between nodes in a net with the aim cover big areas. At the same time is realized an analysis of the net topologies mesh and star, and their impact at different environments of evaluation. Finally is developed a tool to measure the impact of energy consumption of the node on the different communication events.

Two different interfaces were the focus of study: 1) the interface between disordered amorphous carbon and inorganic materials (metal nanostructures and silicon), and 2) the interface between partially ordered graphene (graphene oxide) and synthetic polymer matrix. Specifically, the uniqueness of this study can be summarized through the following novel findings, fabrication processes, and characterization techniques: • A simple and efficient process for faster, greener, less-expensive, and highly localized transformation of amorphous carbon nanostructures into graphitic nanostructures using low temperature heat and light treatments was developed for the fabrication of low-resistance interfaces between carbon nanomaterials and inorganic metal surfaces. • A new protocol for high resolution mapping the charge distribution and electronic properties of nanoscale chemically heterogeneous domains on non-homogeneous surfaces such as graphene oxide was established. • High strength laminated mechanical nanocomposites based on high interfacial stress transfer between polymer matrices and large area, flat, and non-wrinkled graphene oxide sheets were suggested and demonstrated. • Scanning Thermal Twist Microscopy – a thermal microscopy based technique was developed and demonstrated for characterizing the thermal properties of homogeneous and heterogeneous interfaces with nanoscale spatial resolution and high thermal sensitivity unachievable using traditional techniques.

The evolution of the MOSFET technology has been driven by the aggressive shrinkage of the device size to improve the device performance and to increase the circuit density. Currently, many research demonstrated that the continuous polycrystalline silicon film in the floating-gate dielectric could be replaced with nanocrystal (nc) embedded high-k thin film to minimize the charge loss due to the defective thin tunnel dielectric layer. This research deals with both the statistical aspect of reliability and electrical aspect of reliability characterization as well. In this study, the Zr-doped HfO2 (ZrHfO) high-k MOS capacitors, which separately contain the nanocrystalline zinc oxide (nc-ZnO), silicon (nc-Si), Indium Tin Oxide (nc-ITO) and ruthenium (nc-Ru) are studied on their memory properties, charge transportation mechanism, ramp-relax test, accelerated life tests, failure rate estimation and thermal effect on the above reliability properties. C-V hysteresis result show that the amount of charges trapped in nanocrystal embedded films is in the order of nc-ZnO>nc-Ru>nc-Si~nc-ITO, which might probably be influenced by the EOT of each sample. In addition, all the results show that the nc-ZnO embedded ZrHfO non-volatile memory capacitor has the best memory property and reliability. In this study, the optimal burn-in time for this kind of device has been also investigated with nonparametric Bayesian analysis. The results show the optimal burn-in period for nc-ZnO embedded high-k device is 5470s with the maximum one-year mission reliability.

As the world faces an energy crisis with depleting fossil fuel reserves, alternate energy sources are being researched ever more seriously. In addition to renewable energy sources, energy recycling and energy scavenging technologies are also gaining importance. Technologies are being developed to scavenge energy from ambient sources such as vibration, radio frequency and low grade waste heat, etc. Waste heat is the most common form of wasted energy and is the greatest potential source of energy scavenging. Pyroelectricity is the property of some materials to change the surface charge distribution with the change in temperature. These materials produce current as temperature varies in them and can be utilized to convert thermal energy to electrical energy. In this work a novel approach to vary temperature in pyroelectric material to convert energy has been investigated. Microelectromechanical Systems or MEMS is the new technology trend that takes advantage of unique physical properties at micro scale to create mechanical systems with electrical interface using available microelectronic fabrication techniques. MEMS can accomplish functionalities that are otherwise impossible or inefficient with macroscale technologies. The energy harvesting device modeled and developed for this work takes full benefit of MEMS technology to cycle temperature in an embedded pyroelectric material to convert thermal energy from low grade waste heat to electrical energy. Use of MEMS enables improved performance and efficiency and overcomes problems plaguing previous attempts at pyroelectric energy conversion. A Numerical model provides accurate prediction of MEMS performance and sets design criteria, while physics based analytical model simplifies design steps. A SPICE model of the MEMS device incorporates electrical conversion and enables electrical interfacing for current extraction and energy storage. Experimental results provide practical implementation steps towards of the modeled device. Under ideal condition the proposed device promises to generate energy density of 400 W/L.