Un piccolo, giroscopio economico e di alta precisione, sviluppato presso l'Università del Michigan, potrebbe aiutare i droni e le auto autonome a rimanere in pista senza un segnale GPS.

"Il nostro giroscopio è 10, 000 volte più precisi ma solo 10 volte più costosi dei giroscopi utilizzati nei normali telefoni cellulari. Questo giroscopio è 1, 000 volte meno costoso di giroscopi molto più grandi con prestazioni simili, "ha detto Khalil Najafi, lo Schlumberger Professor of Engineering presso la U-M e un professore di ingegneria elettrica e informatica.

La maggior parte degli smartphone contiene giroscopi per rilevare l'orientamento dello schermo e aiutare a capire in che direzione siamo rivolti, ma la loro precisione è scarsa. Sono il motivo per cui i telefoni spesso indicano in modo errato la direzione verso cui è rivolto un utente durante la navigazione.

Non importa molto a un umano per strada o al volante, ma un'auto senza conducente potrebbe perdersi rapidamente con una perdita di segnale GPS. All'interno dei loro sistemi di navigazione di riserva, i veicoli autonomi attualmente utilizzano giroscopi ad alte prestazioni che sono più grandi e molto più costosi.

"I giroscopi ad alte prestazioni sono un collo di bottiglia, e lo sono da molto tempo. Questo giroscopio può rimuovere questo collo di bottiglia consentendo l'uso della navigazione inerziale ad alta precisione e a basso costo nella maggior parte dei veicoli autonomi, " ha detto Jae Yoong Cho, un assistente ricercatore in ingegneria elettrica e informatica.

Una migliore attrezzatura di navigazione di backup potrebbe anche aiutare i soldati a orientarsi nelle aree in cui i segnali GPS sono stati disturbati. O in uno scenario più banale, una navigazione interna accurata potrebbe accelerare i robot di magazzino.

Il dispositivo che consente la navigazione senza un segnale di orientamento coerente è chiamato unità di misura inerziale. È composto da tre accelerometri e tre giroscopi, uno per ogni asse nello spazio. Ma ottenere una buona lettura su come stai andando con le IMU esistenti è così costoso che è stato fuori portata, anche per attrezzature costose come veicoli autonomi.

La chiave per renderlo accessibile, piccolo giroscopio è un risonatore meccanico quasi simmetrico. Sembra una padella Bundt incrociata con un bicchiere di vino, fatto un centimetro di larghezza. Come con i bicchieri da vino, la durata del tono di chiamata prodotto quando il vetro viene colpito dipende dalla qualità del vetro, ma invece di essere una caratteristica estetica, l'anello è fondamentale per la funzione del giroscopio. Il dispositivo completo utilizza elettrodi posizionati attorno al risonatore di vetro per spingere e tirare il vetro, farlo suonare e farlo andare avanti.

"Fondamentalmente, il risonatore di vetro vibra secondo un certo schema. Se lo ruoti improvvisamente, il modello vibrante vuole rimanere nel suo orientamento originale. Così, monitorando il pattern di vibrazione è possibile misurare direttamente la velocità di rotazione e l'angolo, " ha detto Sajal Singh, uno studente di dottorato in ingegneria elettrica e informatica che ha contribuito a sviluppare il processo di fabbricazione.

Il modo in cui il movimento vibrante si muove attraverso il vetro rivela quando, quanto velocemente e di quanto gira il giroscopio nello spazio.

Per rendere i loro risonatori il più perfetti possibile, La squadra di Najafi inizia con una lastra di puro vetro quasi perfetta, noto come silice fusa, spessore di circa un quarto di millimetro. Usano una fiamma ossidrica per riscaldare il vetro e poi modellarlo in una forma simile a Bundt, noto come risonatore "bagno per uccelli" poiché assomiglia anche a un bagno per uccelli capovolto.

Quindi, aggiungono un rivestimento metallico al guscio e posizionano elettrodi attorno ad esso che avviano e misurano le vibrazioni nel vetro. Il tutto è racchiuso in una confezione sottovuoto, circa l'impronta di un francobollo e alto mezzo centimetro, che impedisce all'aria di smorzare rapidamente le vibrazioni.

La carta, "Camminata casuale ad angolo di 0.00016 gradi/√ora (ARW) e instabilità di polarizzazione (BI) di 0,0014 gradi/ora" da un giroscopio con integrazione del guscio di precisione da 5,2 M-Q e 1 cm (PSI), " è programmato per essere presentato al (ora virtuale) 7th IEEE International Symposium on Inertial Sensors &Systems, di mercoledì, 25 marzo.