Ερευνητές ανέπτυξαν ένα ολοκληρωμένο οπτικό γυροσκόπιο δακτυλιακού λέιζερ σε κλίμακα τσιπ, ικανό να μετρά ταχύτητες περιστροφής μόλις 37 μοιρών ανά ώρες.
Αυτή η πρωτοφανής ευαισθησία, η οποία πλησιάζει τον ρυθμό περιστροφής της Γης που ανέρχεται σε 15 μοίρες ανά ώρα, αναμένεται να αποδειχθεί ιδιαίτερα χρήσιμη σε συστήματα πλοήγησης και προσανατολισμού ακριβείας, ιδίως σε περιβάλλοντα όπου το GPS δεν είναι διαθέσιμο.
Η τεχνολογία πίσω από το νέο γυροσκόπιο
Τα γυροσκόπια μετρούν τον τρόπο με τον οποίο περιστρέφεται ένα αντικείμενο, συμβάλλοντας στον καθορισμό του προσανατολισμού και της κίνησής του. Τα συμβατικά γυροσκόπια σε κλίμακα τσιπ που χρησιμοποιούνται στα smartphones και σε άλλες καθημερινές συσκευές διαθέτουν περιορισμένη ευαισθησία, γεγονός που τα καθιστά ακατάλληλα για απαιτητικές εφαρμογές όπως η πλοήγηση αεροσκαφών. Αυτός ο περιορισμός ώθησε τους επιστήμονες στην ανάπτυξη ολοκληρωμένων εκδόσεων οπτικών γυροσκοπίων.
Όπως επισημαίνει ο Ντάνιελ Τζ. Μπλούμενταλ από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα, ο οποίος ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας σε συνεργασία με τον Κέρι Βαχάλα από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, η νέα συσκευή συνδυάζει προηγμένες τεχνολογίες ώστε να επιτυγχάνει υψηλή ευαισθησία χρησιμοποιώντας πρότυπες μεθόδους κατασκευής τσιπ CMOS και ελάχιστη οπτική ισχύ. Ένα πλήρως ολοκληρωμένο οπτικό γυροσκόπιο όχι μόνο θα είναι μικρότερο από τα σημερινά συστήματα, αλλά δεν θα διαθέτει κινούμενα μέρη, καθιστώντας το ιδιαίτερα ανθεκτικό σε κραδασμούς και δονήσεις.
Στη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Optics Letters, οι ερευνητές περιγράφουν τη νέα συσκευή, η οποία βασίζεται σε έναν ειδικό τύπο λέιζερ χαμηλού θορύβου που κατασκευάζεται με τη χρήση φωτονικού ολοκληρωμένου κυκλώματος από κυματοδηγούς ντριδιρίου του πυριτίου. Η ευαισθησία του αντιπροσωπεύει μια βελτίωση σχεδόν δύο χιλιάδων φορών σε σύγκριση με προηγούμενο αντίστοιχο γυροσκόπιο της ομάδας.
Μελλοντικές προοπτικές
Για τη δημιουργία του νέου συστήματος, οι επιστήμονες συνδύασαν την προσέγγιση του γυροσκοπίου λέιζερ Brillouin με πλατφόρμες κυκλωμάτων συμβατές με την τεχνολογία CMOS. Το τμήμα μέτρησης του τσιπ αποτελείται από έναν κυκλικό οπτικό δακτύλιο. Δύο λέιζερ ημιαγωγών στέλνουν φως στον δακτύλιο αντίθετα, παράγοντας σταθερά σήματα. Όταν το τσιπ περιστρέφεται, προκαλείται μια μικρή διαφορά στις συχνότητες των σημάτων, η οποία ανιχνεύεται για τον ακριβή υπολογισμό της ταχύτητας περιστροφής.
Κατά τις δοκιμές σε ειδική περιστρεφόμενη εξέδρα, η απόκριση του γυροσκοπίου υπήρξε γραμμική, επιτρέποντας την ακριβή μέτρηση αργών περιστροφών. Η ερευνητική ομάδα εργάζεται ήδη στη βελτίωση των υλικών και των συντονιστών για τη μείωση του θορύβου, με απώτερο στόχο την ενσωμάτωση όλων των απαραίτητων εξαρτημάτων σε ένα ενιαίο, συμπαγές τσιπ για πρακτικές εφαρμογές σε αυτοκίνητα, αεροσκάφη και διαστημόπλοια.