Fordon
Extremt exakta gyroskopet gör autonoma bilar vassare
Trots ett lågt pris har University of Michigans nya design en exakthet som är 10 000 gånger högre än gyroskopet i din mobiltelefon. Nu ska tekniken hjälpa robotar och självkörande bilar.
Telefonernas tröghetsnavigeringssystem innebär att vi inte behöver förlita oss helt på gps, vars signaler ofta blockeras. Mobilens accelerometrar och gyroskop låter systemet registrera rotation och acceleration. De små gyroskopen har en känslighet ner till 1 000 graders rotation i timmen och mer alert än så behöver systemet inte vara i en telefon.
Gyroskop har en felmarginal som vanligtvis inte utgör ett problem för funktionen i en mobil, men kan vara ödesdiger för exempelvis autonoma bilar. På en minut kan ett autonomt fordon som kör i 50 km/h få en positionering som visar sju meter fel, och efter fem minuters körning ökar felmarginalen till 850 meter. Det skriver IEEE Spectrum.
Nu har dock University of Michigan presenterat en ny gyroskopdesign som efter en minuts körning i 50 km/h istället ger en felmarginal på två millimeter, och efter fem minuter bara hamnar en halv meter ur kurs. Felmarginalen ligger på 0,0014 grader i timmen, och enligt forskarna innebär det att deras ”PSI-gyroskop” (precision shell integrating) har en 10 000 gånger större exakthet än de gyroskop som sitter i dagens autonoma testfordon.
Samtidigt kostar deras lösning bara tio gånger mer än tekniken i våra mobiler. CVG-gyroskop (Coriolis vibratory gyroscope) har en vibrerande struktur, exempelvis metallstänger formade som liten stämgaffel. Genom Corioliseffekten utövar deras vibration en kraft på sitt stöd, och genom att mäta den här kraften kan man fastställa rotationens hastighet.
University of Michigan använder istället en vinglasresonator. Namnet beskriver både formen och funktionen väl, utöver att själva kupan är upp och nedvänd ovanpå "vinglasets fot". När glaset rörs uppstår en andra resonans som används för att mäta rotationen, och fler vibrationer per rotation ger ett mer exakt gyroskop.
Vinglasresonatorer har en väldigt hög q-faktor, vilket är ett mått på kvoten mellan den energi som finns lagrad i resonatorn och energiförlusten varje gång den oscillerar. Ett standardgyroskop i en mobiltelefon har en q-faktor på några hundra och vibrerar i mindre än en sekund. University of Michigans PSA-gyroskop har en q-faktor på 5,1 miljoner och vibrerar i 300 sekunder efter att det slagits till en enda gång.
