Le nouveau résonateur et les électrodes, sur un quart pour l'échelle. Le résonateur est presque parfaitement symétrique, en verre presque pur. Cela lui permet de vibrer pendant de longues périodes, semblable à la sonnerie d'un verre de vin. Crédit :Groupe Najafi, Université du Michigan
Un petit, gyroscope peu coûteux et très précis, développé à l'Université du Michigan, pourrait aider les drones et les voitures autonomes à rester sur la bonne voie sans signal GPS.
"Notre gyroscope est à 10, 000 fois plus précis mais seulement 10 fois plus cher que les gyroscopes utilisés dans vos téléphones portables typiques. Ce gyroscope est 1, 000 fois moins cher que des gyroscopes beaucoup plus gros avec des performances similaires, " a déclaré Khalil Najafi, le professeur Schlumberger d'ingénierie à l'UM et un professeur d'ingénierie électrique et d'informatique.
La plupart des smartphones contiennent des gyroscopes pour détecter l'orientation de l'écran et aider à comprendre dans quelle direction nous sommes confrontés, mais leur précision est médiocre. C'est la raison pour laquelle les téléphones indiquent souvent à tort dans quelle direction un utilisateur fait face pendant la navigation.
Peu importe pour un humain dans la rue ou au volant, mais une voiture sans conducteur pourrait se perdre rapidement avec une perte de signal GPS. Dans leurs systèmes de navigation de secours, les véhicules autonomes utilisent actuellement des gyroscopes performants, plus gros et beaucoup plus chers.
"Les gyroscopes hautes performances sont un goulot d'étranglement, et ils le sont depuis longtemps. Ce gyroscope peut supprimer ce goulot d'étranglement en permettant l'utilisation d'une navigation inertielle de haute précision et à faible coût dans la plupart des véhicules autonomes, " a déclaré Jae Yoong Cho, un assistant chercheur en génie électrique et en informatique.
Un meilleur équipement de navigation de secours pourrait également aider les soldats à trouver leur chemin dans les zones où les signaux GPS ont été brouillés. Ou dans un scénario plus banal, une navigation intérieure précise pourrait accélérer les robots d'entrepôt.
L'appareil qui permet la navigation sans signal d'orientation cohérent est appelé unité de mesure inertielle. Il est composé de trois accéléromètres et de trois gyroscopes, un pour chaque axe dans l'espace. Mais avoir une bonne lecture de la voie à suivre avec les IMU existantes est si cher qu'il est hors de portée, même pour des équipements aussi chers que les véhicules autonomes.
La clé pour rendre cela abordable, Le petit gyroscope est un résonateur mécanique presque symétrique. On dirait une poêle Bundt croisée avec un verre à vin, fait un centimètre de large. Comme pour les verres à vin, la durée de la sonnerie produite lorsque le verre est frappé dépend de la qualité du verre - mais au lieu d'être une caractéristique esthétique, l'anneau est crucial pour le fonctionnement du gyroscope. L'appareil complet utilise des électrodes placées autour du résonateur en verre pour pousser et tirer sur le verre, le faire sonner et le maintenir.
"Essentiellement, le résonateur en verre vibre selon un certain modèle. Si vous le faites pivoter soudainement, le motif vibrant veut rester dans son orientation d'origine. Donc, en surveillant le modèle de vibration, il est possible de mesurer directement la vitesse et l'angle de rotation, " dit Sajal Singh, un doctorant en génie électrique et informatique qui a contribué au développement du procédé de fabrication.
La façon dont le mouvement vibrant se déplace à travers le verre révèle quand, à quelle vitesse et de combien le gyroscope tourne dans l'espace.
Pour rendre leurs résonateurs aussi parfaits que possible, L'équipe de Najafi commence avec une feuille de verre pur presque parfaite, connue sous le nom de silice fondue, environ un quart de millimètre d'épaisseur. Ils utilisent un chalumeau pour chauffer le verre, puis le mouler en une forme de type Bundt, connue sous le nom de résonateur « bain d'oiseau » car il ressemble également à un bain d'oiseau à l'envers.
Puis, ils ajoutent un revêtement métallique à la coque et placent des électrodes autour d'elle qui initient et mesurent les vibrations dans le verre. Le tout est emballé dans un emballage sous vide, environ l'empreinte d'un timbre-poste et d'un demi-centimètre de haut, ce qui empêche l'air d'amortir rapidement les vibrations.
Le papier, "Marche aléatoire à angle de 0,00016 degrés/√hr (ARW) et instabilité de polarisation (BI) de 0,0014 degrés/heure à partir d'un gyroscope à intégration de coque de précision (PSI) de 5,2 M-Q et 1 cm, " doit être présenté au 7e Symposium international IEEE (maintenant virtuel) sur les capteurs et systèmes inertiels, mercredi, 25 mars.
