Giroscópio em miniatura para navegação sem GPS

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/04/2020

Microgiroscópio apresentou precisão inédita, além de ser barato.
[Imagem: Najafi Group/Universidade de Michigan]

Navegação sem GPS

Este giroscópio - pequeno, de baixo custo e altamente preciso - era o que faltava para permitir que drones e carros autônomos naveguem sem precisar de um sinal de GPS.

A maioria dos celulares têm giroscópios para detectar a orientação da tela e ajudar a descobrir para que lado estamos andando, mas a precisão deles é baixa. É por isso que é tão comum que eles nos deem informações incorretas sobre nossa navegação.

"Nosso giroscópio é 10.000 vezes mais preciso, mas apenas 10 vezes mais caro que os giroscópios usados nos telefones celulares típicos. Este giroscópio é 1.000 vezes mais barato do que os giroscópios muito maiores com desempenho semelhante," afirmou Khalil Najafi, da Universidade de Michigan, nos EUA.

A chave para tornar este giroscópio pequeno e acessível é um ressonador mecânico quase simétrico com menos de um centímetro de largura.

Como acontece em uma taça de cristal, a duração do tom produzido quando o vidro é tocado depende da qualidade do vidro. Mas, em vez de ser uma característica estética, o tom produzido é crucial para o funcionamento do giroscópio. O dispositivo completo usa eletrodos colocados ao redor do ressonador de vidro para empurrar e puxar o vidro, para fazê-lo ressonar e mantê-lo funcionando.

"Basicamente, o ressonador de vidro vibra em um determinado padrão. Se você girá-lo repentinamente, o padrão vibratório tenta permanecer em sua orientação original. Assim, monitorando o padrão de vibração, é possível medir diretamente a taxa e o ângulo de rotação," explicou o pesquisador Sajal Singh.

A maneira como o movimento vibratório se move através do vidro revela quando, quão rápido e o quanto o giroscópio moveu-se no espaço.

Unidade já montada em um chip, pronta para ser inserida no aparelho onde será usado.
[Imagem: Najafi Group/Universidade de Michigan]

Fabricação

Para tornar seu ressonador o mais perfeito possível, a equipe começa com uma folha quase perfeita de vidro puro - sílica fundida - com cerca de um quarto de milímetro de espessura. Um maçarico aquece o vidro, que é então moldado no formato de uma forma de bolo de cabeça para baixo.

Em seguida, um revestimento metálico é adicionado à concha de vidro e eletrodos são colocados ao seu redor, para iniciar e medir as vibrações no vidro. Tudo é finalmente envolto em uma embalagem a vácuo, que evita que o ar atenue as vibrações muito rapidamente.

Bibliografia:

Artigo: 0.00016 deg/rt-hr angle random walk (ARW) and 0.0014 deg/hr bias instability (BI) from a 5.2M-Q and 1-cm precision shell integrating (PSI) gyroscope
Autores: Jae Yoong Cho, Sajal Singh, Jong-Kwan Woo, Guohong He, Khalil Najafi
Revista: 7th IEEE international Symposium on Inertial Sensors & Systems