جيروسكوب جديد بحجم الشريحة يقيس الدوران بحساسية غير مسبوقة

تعتمد الملاحة الحديثة بشكل كبير على أنظمة تحديد المواقع العالمية، غير أن العديد من التطبيقات الحرجة تتطلب أنظمة مستقلة تعمل بكفاءة دون الحاجة لإشارات خارجية. تلعب أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي هذا الدور تقليدياً، إلا أن تصغير حجمها مع الحفاظ على الدقة شكل تحدياً هندسياً كبيراً. وتعتبر الجيروسكوبات هي القلب الناضض لهذه الأنظمة من خلال قياس الدوران والاتجاه بدقة عالية.

في الآونة الأخيرة، حقق فريق من الباحثين إنجازاً ملحوظاً بتطوير جيروسكوب ليزر حلقي بصري مدمج على شريحة سيليكون يعيد تعريف حدود استشعار الدوران المصغر. يستطيع الجهاز رصد سرعات دوران منخفضة تصل إلى 37 درجة في الساعة. هذا المستوى من الدقة يقرب التكنولوجيا البصرية بشدة من معدل دوران الأرض البالغ نحو 15 درجة في الساعة.

ولتحقيق هذه الحساسية غير المسبوقة، يعتمد التصميم على تقنية الليزر الحلقي المدمجة داخل رقاقة دقيقة. يتداول الضوء في اتجاهين متعاكسين داخل مسار مغلق، حيث يولد أي دوران تحولاً طفيفاً في التردد بين موجات الضوء. ومن خلال تقليص هذا الهيكل وخفض الضوضاء البيئية، تمكن الباحثون من الوصول لأداء كان حكراً على الأجهزة المختبرية الضخمة.

تتعدد التطبيقات المحتملة لهذا الابتكار لتشمل المركبات ذاتية القيادة، والطائرات بدون طيار، وأنظمة الطيران والفضاء. وعندما يتعذر استقبال إشارات نظام تحديد المواقع، تصبح أنظمة الملاحة البديلة ضرورية لمنع تراكم الأخطاء. يتيح هذا المستشعر المصغر آفاقاً جديدة لتطوير أجهزة مدمجة ومستقلة.

في المستقبل، سيحتاج دمج هذه المستشعرات في خطوط الإنتاج التجاري إلى مزيد من التحسين لضمان المتانة وخفض التكلفة. ومع ذلك، يثبت هذا الإنجاز أن المكونات البصرية الدقيقة قادرة على منافسة الأنظمة الميكانيكية التقليدية الكبيرة.