Um pequeno, giroscópio barato e altamente preciso, desenvolvido na Universidade de Michigan, pode ajudar drones e carros autônomos a permanecer na pista sem um sinal de GPS.

"Nosso giroscópio é 10, 000 vezes mais preciso, mas apenas 10 vezes mais caro do que os giroscópios usados ​​em seus telefones celulares comuns. Este giroscópio é 1, 000 vezes mais barato do que giroscópios muito maiores com desempenho semelhante, "disse Khalil Najafi, o professor de engenharia da Schlumberger na U-M e professor de engenharia elétrica e ciência da computação.

A maioria dos smartphones contém giroscópios para detectar a orientação da tela e ajudar a descobrir para que lado estamos olhando, mas sua precisão é pobre. Eles são o motivo pelo qual os telefones geralmente indicam incorretamente a direção que o usuário está enfrentando durante a navegação.

Não importa muito para um ser humano na rua ou atrás do volante, mas um carro sem motorista pode se perder rapidamente com a perda do sinal de GPS. Dentro de seus sistemas de navegação de backup, veículos autônomos atualmente usam giroscópios de alto desempenho que são maiores e muito mais caros.

"Os giroscópios de alto desempenho são um gargalo, e eles têm sido por um longo tempo. Este giroscópio pode remover esse gargalo, permitindo o uso de navegação inercial de alta precisão e baixo custo na maioria dos veículos autônomos, "disse Jae Yoong Cho, um cientista assistente de pesquisa em engenharia elétrica e ciência da computação.

Um melhor equipamento de navegação de backup também pode ajudar os soldados a encontrarem seu caminho em áreas onde os sinais de GPS foram bloqueados. Ou em um cenário mais mundano, a navegação interna precisa pode acelerar os robôs de depósito.

O dispositivo que permite a navegação sem um sinal de orientação consistente é chamado de unidade de medição inercial. É composto por três acelerômetros e três giroscópios, um para cada eixo no espaço. Mas obter uma boa leitura sobre o caminho que você está seguindo com as IMUs existentes é tão caro que ficou fora do alcance, mesmo para equipamentos tão caros quanto veículos autônomos.

A chave para tornar isso acessível, O pequeno giroscópio é um ressonador mecânico quase simétrico. Parece uma panela de Bundt cruzada com uma taça de vinho, feito com um centímetro de largura. Tal como acontece com os copos de vinho, a duração do tom de toque produzido quando o vidro é atingido depende da qualidade do vidro, mas em vez de ser uma característica estética, o anel é crucial para a função do giroscópio. O dispositivo completo usa eletrodos colocados ao redor do ressonador de vidro para empurrar e puxar o vidro, fazendo-o tocar e mantendo-o funcionando.

"Basicamente, o ressonador de vidro vibra em um determinado padrão. Se você girar repentinamente, o padrão vibratório deseja permanecer em sua orientação original. Então, monitorando o padrão de vibração, é possível medir diretamente a taxa de rotação e o ângulo, "disse Sajal Singh, Doutoranda em Engenharia Elétrica e da Computação que ajudou a desenvolver o processo de manufatura.

A forma como o movimento vibratório se move através do vidro revela quando, quão rápido e por quanto o giroscópio gira no espaço.

Para tornar seus ressonadores o mais perfeitos possível, A equipe de Najafi começa com uma lâmina quase perfeita de vidro puro, conhecido como sílica fundida, com cerca de um quarto de milímetro de espessura. Eles usam um maçarico para aquecer o vidro e, em seguida, moldá-lo em uma forma semelhante a Bundt - conhecido como um ressonador "birdbath", pois também se assemelha a um birdbath de cabeça para baixo.

Então, eles adicionam um revestimento metálico à concha e colocam eletrodos ao redor dela que iniciam e medem as vibrações no vidro. A coisa toda está envolta em um pacote a vácuo, sobre a pegada de um selo postal e meio centímetro de altura, que evita que o ar amortece rapidamente as vibrações.

O papel, "Caminhada aleatória de ângulo de 0,00016 graus / √hr (ARW) e instabilidade de polarização de 0,0014 graus / hr (BI) de um giroscópio de integração de concha de precisão de 5,2M-Q e 1 cm (PSI), "está programado para ser apresentado no (agora virtual) 7º Simpósio Internacional IEEE sobre Sensores e Sistemas Inerciais, na quarta-feira, 25 de março.