Tutti abbiamo in tasca un giroscopio. In futuro saranno sempre più precisi e grandi come un chicco di riso
I ricercatori del California Institute of Technology sono riusciti a realizzare il giroscopio più piccolo e preciso di tutti i tempi: misura meno di un chicco di riso, ma ha la precisione di un modello grande quanto una pallina da golf.
Gli ingegneri del California Institute of Technology (Caltech) hanno sviluppato un rivoluzionario giroscopio ottico 500 volte più piccolo di quelli attualmente allo stato dell’arte, capace di rilevare movimenti 30 volte più piccoli. Se vi state chiedendo a che cosa serve un giroscopio, sappiate che ne portate almeno uno sempre in tasca: è nel vostro smartphone. Il giroscopio è l’indispensabile strumento integrato che, per esempio, vi permette di far ruotare automaticamente l’immagine quando muovete il telefono dalla posizione verticale a quella orizzontale.
Ci sono giroscopi anche negli smartwatch, nei droni e in generale in tutti quei prodotti per i quali è necessario capire il proprio orientamento nello spazio tridimensionale. I tempi in cui i giroscopi erano meccanici sono passati, ora abbiamo modelli elettronici. La progressiva miniaturizzazione degli accessori hi-tech, tuttavia, richiede che questi dispositivi diventino piccoli quanto un chicco di riso, e altamente precisi. È proprio a questa esigenza che risponde la ricerca del Caltech pubblicata sulla rivista Nature Photonics.
Per capire qual è la novità bisogna riassumere, almeno per sommi capi, come funziona un giroscopio moderno. Utilizza un fascio di luce diviso in due parti, che viaggiano in direzioni opposte lungo un percorso circolare, fino a quando si incontrano. Dato che la luce viaggia a una velocità costante, il punto in cui i fasci si incontrano cambia al variare dell’inclinazione. La variazione, nota come effetto Sagnac, viene usata per calcolare l’orientamento.
I giroscopi ottici con le migliori prestazioni hanno dimensioni un po’ più grandi di una pallina da golf: capirete che non possono essere installati in uno smartphone o in uno smartwatch! Ridurne le dimensioni comporta una riduzione della precisione. Per rimediare, gli scienziati del Caltech hanno adottato una nuova tecnica chiamata “reciprocal sensitivity enhancement“. La luce in buona sostanza viaggia tramite piccoli condotti che svolgono la stessa funzione dei fili elettrici. Per evitare che interferenze esterne influenzino il risultato, il gruppo di lavoro ha lasciato intatti i segnali dell’effetto Sagnac per far sì che l’aumento della sensibilità reciproca migliori il rapporto segnale / rumore nel sistema.
Risultato? I giroscopi ottici così realizzati possono essere integrati su un chip grande come un chicco di riso, come quello che vedete nella foto qui sopra. Probabilmente ci sarà qualcosa di simile nei nostri dispositivi hi-tech del futuro: non lo vedrete, ma sappiate che sarà anche merito suo se riuscirete a percorrere tutto il parco sull’hoverboard senza cadere!