Gyroskop na čipe s centimetrovou presnosťou môže nahradiť GPS
Tento rok dve spoločnosti – Anello Photonics v Kalifornii a One Silicon Chip Photonics (OSCP) so sídlom v Montreale – predstavili nové navigačné systémy typu gyroskop na čipe, ktoré umožňujú presné sledovanie smeru a vzdialenosti bez satelitných signálov. Takáto inerciálna navigácia je dnes čoraz dôležitejšia, pretože GPS je náchylné na rušenie a spoofing, čo môže narušiť navigáciu alebo poskytnúť zavádzajúce údaje o polohe.
Pre bezpilotné lietadlá, ktoré sa pri určovaní polohy spoliehajú na GPS, môže byť strata signálu katastrofálna, pretože nebudú schopné navigácie a niekedy to môže viesť k haváriám. Optické gyroskopy sa už dlho považujú za alternatívnu navigačnú technológiu k satelitným globálnym navigačným systémom. Jednotky väčšej veľkosti, ako sú prstencové laserové gyroskopy, existujú od 70. rokov minulého storočia. Zmenšenie týchto zariadení na veľkosť čipu však bolo náročné.
Optické gyroskopy vyrábané od polovice 70. rokov mali ťažkosti s udržaním potrebnej sily optického signálu na presné snímanie rotácie. Ich zmenšením sa pomer signálu k šumu ešte zhoršil. Takže zatiaľ čo väčšina mikroelektronických zariadení sa miniaturizovala podľa Moorovho zákona, gyroskopy na báze svetla zostali veľké, objemné a energeticky náročné. Ali Hajimiri a jeho tím z Caltechu dosiahli významný pokrok v technológii gyroskopov tým, že vyvinuli polovodičový gyroskop, ktorý je dostatočne malý na to, aby sa zmestil na zrnko ryže.
Toto zariadenie využíva Sagnacov efekt, ktorý umožňuje svetlu presne merať uhly otáčania bez toho, aby ho ovplyvňovali vonkajšie signály. Výsledkom ich inovácie je gyroskop, ktorý je oveľa menší ako typické optické gyroskopy, ale rovnako citlivý. Spoločnosti Anello Photonics a OSCP nadväzujú na Hajimiriho prácu s cieľom zlepšiť navigačné systémy pomocou ich gyroskopov.
Spoločnosť Anello zaviedla pokročilé vlnovody z nitridu kremíka na zvýšenie sily signálu a minimalizáciu chýb. Ich inerciálne meracie jednotky (IMU), ktoré integrujú tri gyroskopy na báze čipov, sú kompaktné a dokážu udržať presnú navigáciu aj na veľké vzdialenosti. Spoločnosť OSCP tiež predstavila novú IMU s viacerými gyroskopmi, ktorá má polovičnú veľkosť oproti predchádzajúcej verzii a ponúka lepšiu energetickú účinnosť a nižšie náklady.
Tieto gyroskopy sú navrhnuté tak, aby spolupracovali s GPS a automaticky prevzali navigáciu, ak je signál GPS zablokovaný alebo nespoľahlivý. Obe spoločnosti sa zameriavajú na rôzne aplikácie vrátane poľnohospodárstva a námornej navigácie, kde je nevyhnutné presné sledovanie polohy. Predpokladajú budúce využitie miniatúrnych gyroskopov aj v ručných zariadeniach pre hasičov na navigáciu v zadymenom prostredí, ktoré budú účinne slúžiť ako elektronický kompas.
Zdroj: spectrum.ieee.org.
Zdroj Foto: ANELLO PHOTONICS; KOICHI WAKATA/NASA
