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 mugikorrak eta eramangarriak, gailu baten orientazio zuzena ezagutzen laguntzen baitute hiru dimentsioko (3D) espazioan. Jatorriz, giroskopioa gurpil baten gailu bat da, gurpilari norabide ezberdinetan ardatz baten gainean azkar biratzen laguntzen diona. Estandar bat optikoa Giroskopioak pultsu laser argia daraman zuntz optiko biribildu bat dauka. Hau erlojuaren orratzen edo erlojuaren orratzen noranzkoan doa. Aitzitik, gaur egungo giroskopioak sentsoreak dira; adibidez, telefono mugikorretan sentsore mikroelektromekanikoa (MEMS) dago. Sentsore hauek masa berdineko bi entitateengan eragiten duten indarrak neurtzen dituzte, baina bi norabide ezberdinetan astintzen ari direnak.
Sagnac efektua
Gaur egun oso erabiliak diren sentsoreek sentsibilitate mugatua dute eta beraz giroskopio optikoak beharrezkoak dira. Diferentzia erabakigarria da giroskopio optikoek antzeko zeregina egiteko gai direla baina inolako zati mugikorrik gabe eta zehaztasun handiagoarekin. Hau Sagnac efektuarekin lor daiteke, Einsteinen erlatibitate orokorraren teoria erabiltzen duen fenomeno optiko batek abiadura angeluaren aldaketak detektatzeko. Sagnac efektuan, laser-argi-izpi bat bi izpi independentetan apurtzen da, orain kontrako norabideetan bidaiatzen duten bide biribil batean zehar, azkenean argi-detektagailu batean elkartzen direnak. Hau gailua estatikoa bada bakarrik gertatzen da eta batez ere argiak abiadura konstantean bidaiatzen duelako. Hala ere, gailua biratzen ari bada, argiaren bidea ere biratu egiten da eta bi izpi bereiziak argi-detektagailura denbora-puntu ezberdin batean iristen dira. Fase-aldaketa horri Sagnac efektua deitzen zaio eta sinkronizazio diferentzia hori 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 AEBetako Teknologia Institutuko ikertzaileek zarata oso baxuko giroskopio optiko bat diseinatu dute, laserra erabiltzen duena MEMS sentsoreen ordez eta emaitza baliokideak lortzen dituena. urtean argitaratu dute haien azterketa Nature Photonics. 2 mm koadroko silizio txip txiki bat hartu eta kanal bat instalatu zuten argia bideratzeko. Kanal honek argia gidatzen laguntzen du zirkulu baten inguruan norabide guztietan bidaiatzeko. Ingeniariek elkarrekiko zarata kendu zuten laser izpien bidea luzatuz bi disko erabiliz. Izpiaren ibilbidea luzeagoa den heinean, zarata-kopurua berdindu egiten da eta bi izpiak elkartzen direnean neurketa zehatza lortzen da. Honek gailu txikiagoak erabiltzea ahalbidetzen du, baina emaitza zehatzak mantenduz. Gailuak argiaren norabidea ere alderantzikatzen du zarata kentzen laguntzeko. Giro-sentsore berritzaile honek XV-35000CB du izena. Errendimendu hobetua "elkarrekiko sentsibilitatea hobetzeko" metodoaren bidez lortu zen. Elkarrekikoak esan nahi du bi argi izpi independente eragiten dituela modu berean. Sagnac efektua bi habe hauen arteko aldaketa detektatzean oinarritzen da, kontrako norabideetan bidaiatzen duten heinean, eta hori elkarrekikoa ez izatea da. Argia uhin-gida optiko txikietan zehar bidaiatzen du, argia garraiatzen duten hodi txikiak direnez, zirkuitu elektriko bateko hariak bezalakoak. Bide optikoaren akatsek edo kanpoko interferentziak bi habeei eragingo die.
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.
***
{Jatorrizko ikerketa-lana irakur dezakezu behean aipatzen den DOI estekan aipaturiko iturrien zerrendan}
Iturria (k)
Khial PP et al 2018. Giroskopio optiko nanofotonikoa elkarrekiko sentikortasuna hobetzeko. Nature Photonics. 12 (11). https://doi.org/10.1038/s41566-018-0266-5
***
