Başa dön
10.000 Kat Daha Hassas ve 10 Kat Ucuz Jiroskop Geliştirildi!

10.000 Kat Daha Hassas ve 10 Kat Ucuz Jiroskop Geliştirildi!

Michigan Üniversitesi araştırmacı profesörlerinden Khalil Najafi, bir GPS sinyali olmasa bile kendi kendine giden (otonom) arabaların ve dronların rotada kalmasına yardımcı olmak için küçük ve düşük maliyetli ve son derece hassas bir jiroskop geliştirdiler.

Birdbath Resonator Gyroscope (BRG) olarak adlandırılan ultra yüksek hassasiyetli MEMS jiroskopu mükemmel simetrikte ve saf camdan yapılmıştır. Cam yapısı, cihazın bir bardak çınlamasına benzer şekilde uzun süre titreşmesini sağlayacaktır. Najafi, “yeni geliştirilen jiroskopun bugün tipik cep telefonlarında kullanılan jiroskoplardan 10.000 kat daha doğru sonuç verdiğini, ancak şimdilik 10 kat daha pahalı üretim maliyetine sahip olduğunu, ayrıca, bu jiroskop benzer performansa sahip çok daha büyük jiroskoplardan 1000 kat daha ucuz olduğunu” belirtmiştir.

Geliştirilen jiroskop, çoğu otonom araçta yüksek hassasiyetli ve düşük maliyetli ataletsel navigasyonun kullanılmasını sağlayacaktır. Rezonatörleri olabildiğince mükemmel hale getirmek için ekip, erimiş silika olarak bilinen neredeyse bir mükemmel saf cam tabakasını aldı, yaklaşık çeyrek milimetre kalınlığında ve camı ısıtmak için bir üfleyici kullanıldı ve daha sonra bir Bundt’a kalıplandı BirdBath”kuş banyosu” rezonatörü olarak bilinen ve baş aşağı bir kuş banyosuna benzeyen şekil olarak yapılmıştır.

Çalışma mantığı olarak dış kabuğa metalik bir kaplama ilave edilmiş ve camdaki titreşimleri başlatmak ve ölçmek için etrafına elektrotlar yerleştirilmiştir. Tüm bileşenler, havanın titreşimleri hızla sönümlemesini önlemek için bir posta pulu kalınlığında ve yarım santimetre uzunluğunda bir vakumlu pakette yer alır.

Geleceği Değiştirecek Bir Teknoloji!

Khalil Najafi

Khalil Najafi

Dr. Najafi, “Çoğu akıllı telefon, ekranın yönünü tespit etmek ve hangi yöne baktığımızı anlamaya yardımcı olmak için jiroskoplar içerir, ancak doğrulukları zayıftır. Telefonların, kullanıcının navigasyon sırasında hangi yöne baktığını genellikle yanlış bir şekilde belirtmesinin nedeni budur. Bu durum sokaktaki veya direksiyonun başındaki bir insan için çok önemli değildir, ancak sürücüsüz bir araç GPS sinyali kaybedilen noktalarda hızlı bir şekilde yönünü kaybedebilir. Otonom araçlar şu anda daha büyük ve çok daha pahalı olan yüksek performanslı jiroskoplar kullanıyor. Bu jiroskop ile, çoğu otonom araç yüksek hassasiyetli ve düşük maliyetli ataletsel navigasyonun kullanılmasını sağlayabilecek.” dedi.

Bu yeni teknolojik gelişme ile daha iyi sonuç veren navigasyon cihazları üretilebilir, üretim alanlarında depo robotlarını doğru konumlandırarak çalışmayı doğru şekilde hızlandırabilir.

Tutarlı bir yönlendirme sinyali olmadan konumlandırma sağlayan cihaza ataletsel ölçüm birimi denir. Uzayda her eksen için bir tane olmak üzere üç ivmeölçer ve üç jiroskop uydusu bulunur. Ancak mevcut IMU‘larla hangi yöne gittiğinizi belirlemek otonom araçlar içerisinde kullanılan büyük cihazlara kıyasla çok çok daha pahalıdır.

Bu ekonomik küçük jiroskopu yapmanın anahtarı simetrik bir mekanik rezonatördür. Bir santimetre genişliğinde yapılmış bir cam ile çaprazlanmış bir Bundt’ta, bardaklarda olduğu gibi, cama vurulduğunda üretilen zil sesinin süresi camın kalitesine bağlıdır – ancak jiroskop için bu özellik estetik olmaktan daha çok teknolojiktir -. Camı itmek ve çekmek için rezonatörün etrafına elektrotlar yerleştirilmiştir.

“Temel olarak, cam rezonatör belirli bir düzende titreşir. Aniden döndürürseniz, titreşimli desen orijinal yönünde kalmak ister. Bu nedenle, titreşim paternini izleyerek dönme hızını ve açısını doğrudan ölçmek mümkündür ”diyor elektrik ve bilgisayar mühendisliği doktora öğrencisi olan üretim sürecinin geliştirilmesine yardımcı olan Sajal Singh. Titreşim hareketinin camdan geçme şekli, jiroskopun ne zaman, ne kadar hızlı ve ne kadar döndüğünü gösterir.

Rezonatörlerini olabildiğince mükemmel hale getirmek için Najafi’nin ekibi, yaklaşık milimetrenin dörtte biri kalınlığında kaynaşmış silika olarak bilinen neredeyse mükemmel bir saf cam tabakası kullanmaktadır.

PSI Gyro Rezonatör

PSI gyro rezonatörünün Q faktörü 5,1 milyon Q’dur, yani bir vakumda paketlendiğinde beş dakikadan fazla titreşebilir. Yüksek Q faktörü önemlidir, çünkü titreşimin bir moddan diğerine etkili bir şekilde aktarılması için rezonatörün mümkün olduğunca temiz olması gerekir.

Rezonatör, onu tahrik eden ve rezonatörün titreşim modlarını algılayan jantın etrafında elektrotlar bulunan bir cam substrata tutturulur. Vakumlu mühürlü kutusuna paketlendiğinde, tüm jiroskop iki santimetreden daha küçük bir boyutta ölçülür. Bir rezonatörde yüksek bir Q faktörü, kütle ve sertlik elde etmek, bu boyuta küçültüldüğünde çok daha zordur, bu da PSI jiroskopunu benzersiz kılan şeydir.

Bu jiroskop rezonatörünün doğruluğuna atfedilen diğer özellikleri arasında yüksek bir kütle ve sertlik özelliğidir.

Jiroskop rezonatörü

GPS Olmadan Doğru Konum İzleme

BirdBath rezonatörünün özellikleri, araştırmacıların bir akıllı telefon jiroskopunun aksine 10.000 kat daha iyi verimlilik olarak tanımladığı şeyin karşılığı olarak ortaya çıktı. Bu, GPS olmadan doğru ve kendi kendine izleme için otonom bir araçta kullanılabilecek, yeterince hassas olduğu anlamına gelir.

Örnek olarak, yeni gyro ile donatılan bir otonom araç, 50 m/s hızında GPS olmadan nispeten düz bir yolda ilerlerken sadece iki milimetre hata gösterecektedir. Beş dakika sonra, 30 santimetreye yükselecektir. Buna karşılık, standart bir otomotiv jiroskopu, bir dakika sonra kabaca yedi metre ve beş dakika sonra kabaca 850 metre konumsal bir hata sergileyecektir.

Araştırma ekibi, bu performansı sergileyen yeni jiroskopun çok ucuz olmasına rağmen, askeri sınıf çok pahalı denizaltılarda bulunanlar jiroskoplarla karşılaştırılabilir derecede hassas ölçüm yaptığını söylemektedir.

PSI gyronun ticari üretimi için hazırlıklar tüm hızıyla devam ediyor. Başlangıçta otonom araçlar, robotik ve tüketici elektroniği hedeflenecek.

Araştırma, İleri Savunma Araştırma Projeleri Ajansı tarafından desteklenmiştir.

Dr. Najafi, Enertia Microsystems‘in kurucu ortağıdır.

Okuduğunuz için Teşekkürler…

ROBOCOMBO
Kaynak:  circuitdigest.com/news/researches-developed-ultra-high-precision-gyroscope-for-self-driving-cars-and-drones-to-navigate-without-gps

Kaynak 2:  allaboutcircuits.com/news/an-inexpensive-and-precise-gyroscope-is-introduced-for-tracking-autonomous-vehicles-without-gps/