ALI HAJIMIRI/CALTECH
MADRID, 26 Oct. (EUROPA PRESS) -
Ingenieros de Caltech han desarrollado un nuevo giroscopio óptico que es 500 veces más pequeño que los más avanzados disponibles, pero que puede detectar desplazamientos de fase 30 veces más pequeños.
Los giroscopios son dispositivos que ayudan a los vehículos, drones y dispositivos electrónicos portátiles a conocer su orientación en el espacio tridimensional. Son comunes en casi todas las tecnologías en las que confiamos todos los días.
Originalmente, los giroscopios eran conjuntos de ruedas anidadas, cada una girando en un eje diferente. Ahora, los teléfonos móviles están dotados de un sensor microelectromecánico (MEMS), el equivalente moderno, que mide los cambios en las fuerzas que actúan sobre dos masas idénticas que están oscilando y moviéndose en direcciones opuestas.
Estos giroscopios MEMS tienen una sensibilidad limitada, por lo que se han desarrollado giroscopios ópticos para realizar la misma función pero sin partes móviles y con un mayor grado de precisión utilizando un fenómeno llamado efecto Sagnac.
El efecto Sagnac, llamado así por el físico francés Georges Sagnac, es un fenómeno óptico arraigado en la teoría de la relatividad general de Einstein. Para crearlo, un rayo de luz se divide en dos, y los rayos gemelos viajan en direcciones opuestas a lo largo de una vía circular, para luego reunirse en el mismo detector de luz. La luz viaja a una velocidad constante, por lo que al rotar el dispositivo, y con él el camino que recorre la luz, uno de los dos haces llega al detector antes que el otro. Con un bucle en cada eje de orientación, este desplazamiento de fase, conocido como efecto Sagnac, se puede utilizar para calcular la orientación.
Los giroscopios ópticos de alto rendimiento más pequeños disponibles en la actualidad son más grandes que una pelota de golf y no son adecuados para muchas aplicaciones portátiles. Como los giroscopios ópticos se construyen cada vez más pequeños, también lo es la señal que captura el efecto Sagnac, lo que dificulta cada vez más que el giroscopio detecte movimiento. Hasta ahora, esto ha impedido la miniaturización de los giroscopios ópticos.
El nuevo giroscopio del laboratorio de Hajimiri logra este rendimiento mejorado mediante el uso de una nueva técnica llamada "mejora de la sensibilidad recíproca". En este caso, "recíproco" significa que afecta a ambos rayos de luz dentro del giroscopio de la misma manera. Dado que el efecto Sagnac se basa en detectar una diferencia entre los dos haces cuando viajan en direcciones opuestas, se considera no recíproco.
Dentro del giroscopio, la luz viaja a través de guías de onda ópticas miniaturizadas (pequeños conductos que transportan luz, que realizan la misma función que los cables para la electricidad). Las imperfecciones en la trayectoria óptica que podrían afectar a los haces (por ejemplo, las fluctuaciones térmicas o la dispersión de la luz) y cualquier interferencia externa afectarán a ambos haces de manera similar.
El equipo de Caltech, dirigido por el profesor de Ingeniería Eléctrica Ali Hajimiri, encontró una manera de eliminar este ruido recíproco mientras deja intactas las señales del efecto Sagnac. La mejora de la sensibilidad recíproca mejora la relación señal-ruido en el sistema y permite la integración del giroscopio óptico en un chip más pequeño que un grano de arroz.
El nuevo dispositivo se describe en un artículo publicado en la edición de noviembre de Nature Photonics.
