Wahandisi wameunda gyroscope ndogo zaidi duniani inayohisi mwanga ambayo inaweza kuunganishwa kwa urahisi katika teknolojia ndogo zaidi ya kisasa inayobebeka.
Gyroscopes ni kawaida katika kila teknolojia tunayotumia nyakati za leo. Gyroscopes hutumika katika magari, ndege zisizo na rubani na vifaa vya kielektroniki kama vile simu za mkononi na vifaa vya kuvaliwa kwani husaidia kujua mwelekeo sahihi wa kifaa katika nafasi ya tatu-dimensional (3D). Hapo awali, gyroscope ni kifaa cha gurudumu ambacho husaidia gurudumu kuzunguka kwa kasi kwenye mhimili katika mwelekeo tofauti. Kiwango macho gyroscope ina nyuzinyuzi ya macho iliyoharibika inayobeba mwanga wa leza ya mapigo. Hii inaendeshwa kwa mwelekeo wa saa au kinyume cha saa. Kinyume chake, gyroscopes za kisasa ni sensorer, kwa mfano katika simu za mkononi kuna sensor ya microelectromechanical (MEMS) iliyopo. Vihisi hivi hupima nguvu zinazotenda kwenye vyombo viwili vya uzito unaofanana lakini ambavyo vinayumba-yumba katika pande mbili tofauti.
Athari ya Sagnac
Sensorer ingawa sasa zinatumika sana zina usikivu mdogo na hivyo gyroscopes ya macho zinahitajika. Tofauti muhimu ni kwamba gyroscopes ya macho inaweza kufanya kazi sawa lakini bila sehemu yoyote inayohamishika na kwa usahihi zaidi. Hili linaweza kufikiwa na athari ya Sagnac, jambo la macho ambalo hutumia nadharia ya Einstein ya uhusiano wa jumla kugundua mabadiliko katika kasi ya angular. Wakati wa athari ya Sagnac, miale ya mwanga wa leza huvunjwa katika miale miwili inayojitegemea ambayo sasa husafiri kuelekea kinyume kwenye njia iliyo na mviringo hatimaye kukutana kwenye kigunduzi kimoja cha mwanga. Hii hutokea tu ikiwa kifaa ni tuli na hasa kwa sababu mwanga husafiri kwa kasi ya mara kwa mara. Hata hivyo, ikiwa kifaa kinazunguka, njia ya mwanga pia huzungushwa na kusababisha miale miwili tofauti kufikia kitambua mwanga kwa saa tofauti. Mabadiliko haya ya awamu huitwa athari ya Sagnac na tofauti hii katika ulandanishaji hupimwa kwa gyroscope na kutumika kukokotoa uelekeo.
Athari ya Sagnac ni nyeti sana kwa kelele katika mawimbi na kelele yoyote inayozunguka kama vile kushuka kwa kiwango kidogo cha mafuta au mitetemo inaweza kutatiza miale inaposafiri. Na ikiwa gyroscope ni ya ukubwa mdogo sana basi inaweza kukabiliwa na usumbufu. Gyroscopes za macho ni dhahiri zina ufanisi zaidi lakini bado ni changamoto kupunguza gyroscopes ya macho yaani kupunguza ukubwa wao, kwa sababu kadiri zinavyozidi kuwa ndogo ishara inayopitishwa kutoka kwa sensorer zao pia hupungua na kisha kupotea katika kelele ambayo hutolewa na wote waliotawanyika. mwanga. Hii husababisha ugumu wa gyroscope katika kugundua harakati. Hali hii imezuia muundo wa gyroscopes ndogo za macho. Gyroscope ndogo zaidi yenye utendakazi mzuri ni angalau saizi ya mpira wa gofu na kwa hivyo haifai kwa vifaa vidogo vya kubebeka.
Muundo mpya wa gyroscope ndogo
Watafiti katika Taasisi ya teknolojia ya California Marekani wameunda gyroscope ya macho yenye kelele ya chini sana ambayo inatumia leza badala ya vihisi vya MEMS na kupata matokeo sawa. Utafiti wao umechapishwa katika Nature Photonics. Walichukua chip ndogo ya silicon ya 2-square-mm na kusakinisha chaneli juu yake ili kuelekeza mwanga. Kituo hiki husaidia kuongoza mwanga kusafiri katika kila upande kuzunguka mduara. Wahandisi waliondoa kelele zinazofanana kwa kurefusha njia ya miale ya leza kwa kutumia diski mbili. Kadiri njia ya boriti inavyokuwa ndefu, kiasi cha kelele husawazishwa na kusababisha kipimo sahihi wakati mihimili miwili inapokutana. Hii huwezesha matumizi ya kifaa kidogo lakini bado kudumisha matokeo sahihi. Kifaa pia hugeuza mwelekeo wa mwanga ili kusaidia katika kughairi kelele. Sensor hii ya ubunifu ya gyro inaitwa XV-35000CB. Utendakazi ulioboreshwa ulipatikana kwa njia ya 'kuboresha usikivu kuwili'. Kubadilishana inamaanisha kuwa inaathiri miale miwili huru ya mwanga kwa namna ile ile. Athari ya Sagnac inategemea ugunduzi wa mabadiliko kati ya mihimili hii miwili inaposafiri katika mwelekeo tofauti na hii ni sawa na kutokuwa na usawa. Mwangaza husafiri kupitia miongozo midogo ya mawimbi ya macho ambayo ni mifereji midogo inayobeba mwanga, sawa na nyaya katika saketi ya umeme. Upungufu wowote katika njia ya macho au kuingiliwa kwa nje itaathiri mihimili yote miwili.
Kuimarishwa kwa usikivu wa kuheshimiana huboresha uwiano wa mawimbi kati ya mawimbi na kelele kuwezesha giroscope hii ya macho kuunganishwa kwenye chip ndogo labda ya ukubwa wa ncha ya ukucha. Gyroscope hii ndogo ina ukubwa wa angalau mara 500 kuliko vifaa vilivyopo lakini inaweza kutambua kwa mafanikio mabadiliko ya awamu mara 30 ndogo kuliko mifumo ya sasa. Kihisi hiki kinaweza kutumika kimsingi katika mifumo kurekebisha mitetemo ya kamera. Gyroscopes sasa ni muhimu sana katika nyanja tofauti na utafiti wa sasa unaonyesha kuwa gyroscopes ndogo za macho zinawezekana kusanifu ingawa inaweza kuchukua muda kwa muundo huu wa maabara kupatikana kibiashara.
***
{Unaweza kusoma karatasi asili ya utafiti kwa kubofya kiungo cha DOI kilichotolewa hapa chini katika orodha ya (vyanzo) vilivyotajwa}
Chanzo (s)
Khial PP et al 2018. Gyroscope ya macho ya Nanophotonic yenye uboreshaji wa usikivu unaofanana. Nature Photonics. 12 (11). https://doi.org/10.1038/s41566-018-0266-5
***
