Các nhà nghiên cứu phát minh ra gia tốc kế lượng tử 3D đầu tiên để sử dụng trên tàu thủy và tàu ngầm

Thiết bị mới có thể thay thế GPS.
Các nhà nghiên cứu phát minh ra gia tốc kế lượng tử 3D đầu tiên để sử dụng trên tàu thủy và tàu ngầm
Tàu hiện dựa vào GPS.

Một nhóm tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp đã phát minh ra một máy đo gia tốc lượng tử 3D đầu tiên sử dụng tia laser và các nguyên tử rubidi cực lạnh để đo chuyển động trong cả ba chiều, theo một bài báo của New Scientist được công bố vào tuần trước.

Khám phá có thể dẫn đến điều hướng chính xác mà không cần GPS và phát hiện đáng tin cậy các mỏ khoáng sản có giá trị.

Ngày nay gia tốc kế cơ học rất hữu ích nhưng không đáng tin cậy lắm. Nếu có đủ thời gian, chúng sẽ tích lũy lỗi trên quy mô km.

Đây không phải là vấn đề đối với điện thoại không liên lạc được với GPS trong thời gian ngắn, nhưng nó sẽ trở thành vấn đề khi các thiết bị di chuyển ngoài phạm vi phủ sóng trong thời gian dài. Tuy nhiên, theo dõi gia tốc kế vị trí chính xác sẽ cực kỳ hữu ích trên tàu ngầm, vốn không dễ dàng truy cập GPS dưới nước nếu không có sự can thiệp của công nghệ mới.

ADDAFFI

Chúng cũng có thể đóng vai trò là định hướng dự phòng đáng tin cậy trên tàu nếu bị mất GPS.

Thay thế hệ thống GPS
Các nhà nghiên cứu từ lâu đã nghiên cứu về gia tốc kế lượng tử đo các đặc tính giống như sóng của vật chất để thay thế hệ thống GPS. Các thiết bị này hoạt động bằng cách sử dụng tia laser để làm chậm và làm mát các đám mây nguyên tử, cho phép chúng hoạt động giống như sóng ánh sáng, tạo ra các mẫu giao thoa khi chúng di chuyển.


Tàu ngầm không thể truy cập GPS.

Sau đó, các tia laser sẽ đo lường cách các mẫu này thay đổi để theo dõi vị trí của thiết bị trong không gian. Những thiết bị này được gọi là giao thoa kế nguyên tử và chúng từng khá cồng kềnh.

Nhưng bây giờ các nhà khoa học đã cố gắng tạo ra những cái nhỏ thực tế thậm chí là 3D. Đây là kết quả mà nhóm nghiên cứu ở Pháp đã đạt được trong một chiếc hộp kim loại có chiều dài bằng một chiếc máy tính xách tay.

Gia tốc kế mới bao gồm các tia laser nằm dọc theo cả ba trục không gian có thể điều khiển một đám mây nguyên tử rubidi bị mắc kẹt trong một hộp thủy tinh nhỏ và được làm lạnh gần bằng không tuyệt đối. Các tia laser này tạo ra các gợn sóng trong đám mây nguyên tử và đo các dạng giao thoa thu được để ước tính chuyển động.

Cách bố trí mới này cho phép nhóm điều khiển các nguyên tử với độ chính xác cực cao. Điều này dẫn đến các phép đo có thể được dựa vào để được chính xác. Các thử nghiệm do nhóm thực hiện cho thấy hệ thống này đáng tin cậy hơn 50 lần so với các cảm biến cổ điển.

Ứng dụng hữu ích
Tuy nhiên, sẽ không sớm thấy công cụ này trên điện thoại vì nó vẫn còn quá lớn đối với những loại ứng dụng này. Nhưng với một vài chỉnh sửa, nhóm nghiên cứu cho biết nó có thể được lắp đặt trên tàu thủy hoặc tàu ngầm để điều hướng chính xác hoặc được sử dụng bởi các nhà địa chất đang tìm kiếm các mỏ khoáng sản bằng cách đo những thay đổi tinh vi của trọng lực.

Nhóm nghiên cứu ở Pháp không phải là những người duy nhất đang tìm cách chế tạo các máy đo gia tốc thiết thực hơn. Vào tháng 9 năm 2019, các nhà nghiên cứu đã sử dụng graphene vật liệu nano dẫn điện cao để tạo ra gia tốc kế nhỏ nhất thế giới.

Thành tựu công nghệ mới được tạo ra bởi các nhà nghiên cứu tại KTH, được coi là một bước đột phá tiềm năng cho các công nghệ điều hướng và cảm biến cơ thể có thể được sử dụng trong di động và chơi game.

ADDAFFI

Xuge Fan, một nhà nghiên cứu tại Khoa Vi mô và Hệ thống nano tại KTH, giải thích rằng graphene và các đặc tính độc đáo của nó đã giúp ông và nhóm của mình tạo ra những gia tốc kế siêu nhỏ này. Ông nói: “Dựa trên các cuộc khảo sát và so sánh mà chúng tôi đã thực hiện, chúng tôi có thể nói rằng đây là máy đo gia tốc cơ điện nhỏ nhất được báo cáo trên thế giới”.

Nghiên cứu mới đã được xuất bản dưới dạng báo in trước khi đăng trên arXiv vào tháng 9.

Như Ý
Theo Interesting engineering
CÙNG CHUYÊN MỤC
ĐỌC THÊM