Ingeniariek munduko argi-sentsoreko giroskopio txikiena eraiki dute, teknologia moderno eramangarri txikienean erraz integra daitekeena.
Giroskopioak ohikoak dira gaur egun erabiltzen ditugun teknologia guztietan. Giroskopioak ibilgailuetan, droneetan eta gailu elektronikoetan erabiltzen dira, hala nola mugikorretan eta eramangarrietan, hiru dimentsioko (3D) espazioan gailu baten orientazio zuzena ezagutzen laguntzen baitute. Jatorriz, giroskopioa gurpil bat den gailu bat da, gurpila ardatz baten inguruan norabide ezberdinetan azkar biratzen laguntzen duena. Giroskopio optiko estandar batek zuntz optiko bobinatu bat dauka, pultsu laser argia daramana. Hau erlojuaren orratzen noranzkoan edo kontrako noranzkoan dabil. Aldiz, gaur egungo giroskopioak sentsoreak dira, adibidez, telefono mugikorretan sentsore mikroelektromekanikoak (MEMS) daude. Sentsore hauek masa berdineko bi entitateren gainean eragiten duten indarrak neurtzen dituzte, baina bi norabide ezberdinetan mugitzen ari dira.
Sagnac efektua
Gaur egun asko erabiltzen diren sentsoreek sentikortasun mugatua dute eta, beraz, giroskopio optikoak behar dira. Desberdintasun garrantzitsu bat da giroskopio optikoek antzeko zeregina egiteko gai direla, baina mugitzen den piezarik gabe eta zehaztasun handiagoarekin. Hori Sagnac efektuaren bidez lortzen da, Einsteinen erlatibitate orokorraren teoria erabiltzen duen fenomeno optiko bat abiadura angeluarraren aldaketak detektatzeko. Sagnac efektuan, laser argi-izpi bat bi izpi independentetan banatzen da, eta hauek orain kontrako noranzkoetan bidaiatzen dute bide biribildu batean zehar, azkenean argi-detektagailu batean elkartuz. Hori gailua estatikoa bada bakarrik gertatzen da, eta batez ere argia abiadura konstantean bidaiatzen duelako. Hala ere, gailua biratzen ari bada, argi-bidea ere biratzen da, eta horrek bi izpi bereiziak argi-detektagailura une desberdinetan iristea eragiten du. Fase-aldaketa horri Sagnac efektua deritzo, eta sinkronizazio-diferentzia hau giroskopioak neurtzen du eta orientazioa kalkulatzeko erabiltzen da.
Sagnac efektua seinalearen zaratarekiko oso sentikorra da eta inguruko edozein zarata, hala nola fluktuazio termiko txikiak edo bibrazioak, izpiak eten ditzake bidaiatzen duten bitartean. Eta giroskopioa tamaina dezente txikiagoa bada, orduan etenagoa izango da. Giroskopio optikoak askoz eraginkorragoak dira, jakina, baina oraindik ere erronka da giroskopio optikoen eskalatzea, hau da, haien tamaina murriztea, izan ere, txikiagoak diren heinean, sentsoreetatik transmititzen den seinalea ere ahuldu egiten da eta gero sakabanatuta dauden guztiek sortzen duten zaratan galtzen da. argia. Horrek giroskopioari mugimendua hautemateko zailtasun handiagoa eragiten dio. Eszenatoki honek giroskopio optiko txikiagoen diseinua mugatu du. Errendimendu ona duen giroskopio txikiena golfeko pilota baten tamainakoa da gutxienez eta, beraz, ez da egokia gailu eramangarri txikietarako.
Giroskopio txiki baten diseinu berria
Kaliforniako Teknologia Institutuko (AEB) ikertzaileek zarata oso baxua duen giroskopio optiko bat diseinatu dute, MEMS sentsoreen ordez laserra erabiltzen duena eta emaitza baliokideak lortzen dituena. Haien ikerketa Nature Photonics aldizkarian argitaratu da . 2 mm-ko siliziozko txip txiki bat hartu eta kanal bat instalatu zioten argia gidatzeko. Kanal honek argia zirkulu baten inguruan norabide guztietan bidaiatzeko gidatzen laguntzen du. Ingeniariek elkarrekiko zarata ezabatu zuten laser izpien bidea bi disko erabiliz luzatuz. Izpiaren bidea luzeagoa den heinean, zarata kopurua berdindu egiten da, eta horrek neurketa zehatza lortzen du bi izpiak elkartzen direnean. Horri esker, gailu txikiagoa erabili ahal izango da, baina emaitza zehatzak mantenduz. Gailuak argiaren norabidea alderantzikatzen du zarata ezeztatzen laguntzeko. Giroskopio sentsore berritzaile honi XV-35000CB izena ematen zaio. Errendimendu hobetua 'elkarrekiko sentikortasuna hobetzeko' metodoaren bidez lortu da. Elkarrekikoak esan nahi du bi argi izpi independenteri modu berean eragiten diela. Sagnac efektua bi izpi hauen arteko aldaketa detektatzean oinarritzen da, kontrako norabideetan bidaiatzen ari direnean, eta horrek elkarrekikotasunik ez izatearen baliokidea da. Argia uhin-gida optiko txikietatik bidaiatzen du, zirkuitu elektriko bateko kableen antzeko argia garraiatzen duten hodi txikiak direnak. Bide optikoan edo kanpoko interferentzian inperfekzioek bi izpietan eragina izango dute.
Elkarrekiko sentikortasunaren hobekuntzak seinalearen eta zarataren arteko erlazioa hobetzen du, giroskopio optiko hau txip txiki batean integratzea ahalbidetzen duena, agian azazal baten puntaren tamainakoa. Giroskopio txiki hau lehendik dauden gailuak baino 500 aldiz txikiagoa da gutxienez, baina fase-aldaketak egungo sistemek baino 30 aldiz txikiagoak detektatu ditzake. Sentsore hau kamera baten bibrazioak zuzentzeko sistemetan erabil daiteke batez ere. Giroskopioak ezinbestekoak dira gaur egun arlo ezberdinetan eta gaur egungo ikerketek erakusten dute giroskopio optiko txikiagoak diseina daitezkeela, nahiz eta denbora pixka bat behar izan laborategiko diseinu hori komertzialki eskuragarri izateko.
***
Iturria (k)
Khial PP et al. 2018. Giroskopio optiko nanofotonikoa sentikortasun elkarrekikoaren hobekuntzarekin. Nature Photonics . 12(11). https://doi.org/10.1038/s41566-018-0266-5
***
