蓋世汽車訊 據外媒報導,密西根大學(University of Michigan)開發了小型、價廉且高度精確的陀螺儀,可以幫助無人機和自動駕駛汽車在沒有GPS信號的情況下保持航向。
(圖片來源:密西根大學官網)
密西根大學斯倫貝謝工程學院教授Khalil Najafi稱,「我們的陀螺儀比普通手機中的陀螺儀精確一萬倍,但價格卻只貴十倍,而且比性能相似的大型陀螺儀便宜1000倍。」
大多數智慧型手機都裝有陀螺儀,以檢測屏幕方向,並幫助判斷用戶面對的方向。但其準確性較差,因此在導航時,手機經常錯誤地指示用戶所面對的方向。而自動駕駛汽車一旦失去GPS信號,可能很快就會迷路。目前,自動駕駛汽車備用導航系統中所使用的高性能陀螺儀體積更大,價格也更貴。密西根大學電子工程和計算機科學助理研究員Jae Yoong Cho表示,「一直以來,高性能陀螺儀都是一個瓶頸。我們的陀螺儀可以通過在大多數自動駕駛車輛上使用高精度和低成本的慣性導航來消除這一瓶頸。」
更好的備用導航設備也可以幫助士兵在GPS信號被幹擾的地區找到道路。普通的應用場景,精確的室內導航,可以加快倉庫機器人的行駛速度。能夠在沒有連續定位信號的情況下進行導航的裝置稱為慣性測量單元(IMU)。IMU由三個加速度計和三個陀螺儀組成,每個陀螺儀代表空間中的一個軸。但是,現有的高性能IMU非常昂貴的,即使是自動駕駛汽車這樣昂貴的設備也難以承受。
此款便宜的小型陀螺儀的關鍵部件是一個幾乎對稱的機械諧振器,寬一釐米,外型類似穿過酒杯的環形蛋糕模具。與酒杯一樣,當玻璃被敲擊時產生的振動聲音的持續時間取決於玻璃的質量,這對陀螺儀的性能而言也非常重要。整個裝置使用放置在玻璃諧振器周圍的電極來推動和拉動玻璃,使其發出聲響並保持轉動。
協助開發製造此款陀螺儀的電氣和計算機工程博士Sajal Singh解釋說,「玻璃諧振器一般會以某種特定模式振動。如果突然旋轉它,其振動模式會保持原來的方向。因此,通過監測其振動模式,就有可能直接測量轉速和角度。」簡而言之,玻璃振動的方式顯示了陀螺儀在空間中旋轉的時間、速度和幅度。
為了使該諧振器儘可能完美,Najafi的團隊採用厚度約為四分之一毫米的幾乎純的玻璃,用噴燈加熱玻璃,將其製成圓環形狀。由於其看起來像一個倒置的水盆,因此也被稱為「水盆」諧振器。然後,再在玻璃外殼上添加一層金屬塗層,並在其周圍放置電極,用以振動玻璃並測量振動。整個部件被包裹在一個真空的封裝中,可以防止空氣流入而迅速減弱振動。