用于移動(dòng)電話的陀螺儀價(jià)格便宜但不準(zhǔn)確。現(xiàn)在，密歇根大學(xué)開發(fā)了一種小型、廉價(jià)、高精度的陀螺儀，可以幫助無人機(jī)和自動(dòng)駕駛汽車在沒有GPS信號(hào)的情況下保持在正常軌道上。

密歇根大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種高精度陀螺儀，可以幫助無人駕駛飛機(jī)和無人駕駛汽車在沒有GPS信號(hào)的情況下保持在正軌。（密歇根大學(xué)）

UM的斯倫貝謝工程學(xué)以及電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Khalil Najafi說：“我們的陀螺儀比普通手機(jī)使用的陀螺儀精度高10000倍，但價(jià)格卻比普通陀螺儀便宜10倍。這種陀螺儀比性能類似的大型陀螺儀便宜1000倍。”

大多數(shù)智能手機(jī)都包含陀螺儀，可以檢測(cè)屏幕的方向并幫助弄清楚我們所面對(duì)的方向，但是其準(zhǔn)確性很差。這就是為什么手機(jī)在導(dǎo)航過程中經(jīng)常錯(cuò)誤地指示用戶朝向哪個(gè)方向的原因。

對(duì)一個(gè)在街上或開車的人來說，這可能無關(guān)緊要，但是一輛無人駕駛汽車可能會(huì)因?yàn)槭PS信號(hào)而很快迷路。目前，自動(dòng)駕駛汽車在其備用導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)部使用了更大且價(jià)格更高的高性能陀螺儀。

電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)的助理研究科學(xué)家Jae Yoong Cho說：“高性能陀螺儀是一個(gè)瓶頸，而且已經(jīng)存在很長一段時(shí)間了。這種陀螺儀可以通過在大多數(shù)自動(dòng)駕駛汽車中使用高精度和低成本的慣性導(dǎo)航來消除這個(gè)瓶頸。”更好的備用導(dǎo)航設(shè)備也可以幫助士兵在GPS信號(hào)被干擾的地區(qū)找到出路。或者在更普通的情況下，精確的室內(nèi)導(dǎo)航可以加快倉庫機(jī)器人的速度。

能夠在沒有一致定向信號(hào)的情況下進(jìn)行導(dǎo)航的設(shè)備稱為慣性測(cè)量單元（IMU），它由三個(gè)加速度計(jì)和三個(gè)陀螺儀組成，空間中的每個(gè)軸一個(gè)。但是，如果要很好地了解使用現(xiàn)有IMU的方法是非常昂貴的，即使對(duì)于像自動(dòng)駕駛汽車這樣昂貴的設(shè)備，它也超出了范圍。

制造這種價(jià)格合理的小型陀螺儀的關(guān)鍵是一個(gè)幾乎對(duì)稱的機(jī)械諧振器，它看起來像是一個(gè)用酒杯交叉的平底鍋，寬一厘米。和酒杯一樣，敲擊玻璃時(shí)產(chǎn)生的鈴聲持續(xù)時(shí)間取決于酒杯的質(zhì)量，但鈴聲不是陀螺儀的美學(xué)特征，而是對(duì)陀螺儀的功能至關(guān)重要。整個(gè)裝置使用放置在玻璃諧振器周圍的電極來推動(dòng)和拉動(dòng)玻璃，使其振鈴并保持運(yùn)轉(zhuǎn)。振動(dòng)運(yùn)動(dòng)穿過玻璃的方式揭示了陀螺儀在太空中旋轉(zhuǎn)的時(shí)間、速度和程度。

幫助開發(fā)制造工藝的電氣和計(jì)算機(jī)工程博士生Sajal Singh說：“基本上，玻璃諧振器會(huì)以一定的模式振動(dòng)。如果你突然旋轉(zhuǎn)它，則振動(dòng)模式將希望保持其原始方向。因此，通過監(jiān)視振動(dòng)模式，可以直接測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度和角度。”

為了使它們的諧振器盡可能地完美，Najafi的團(tuán)隊(duì)首先從一塊近乎完美的純玻璃片（稱為熔融石英）開始，其厚度約為四分之一毫米。他們使用噴燈加熱玻璃，然后把它塑造成一個(gè)像堤壩一樣的形狀——被稱為“水盆”諧振器，因?yàn)樗蚕褚粋€(gè)倒立的水盆。

然后，他們?cè)谕鈿ど咸砑咏饘偻繉樱⒃谕鈿ぶ車胖秒姌O，以啟動(dòng)和測(cè)量玻璃中的振動(dòng)。整件東西都裝在一個(gè)真空包裝中，大約有一張郵票的腳印和半厘米高，這樣可以防止空氣迅速地抑制振動(dòng)。