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Giroscopio ottico con luce rotante

04.11.2018

I giroscopi sono dispositivi mediante i quali veicoli senza pilota, aerei e dispositivi elettronici portatili determinano il loro orientamento nello spazio tridimensionale.

Il primo dei giroscopi era basato su enormi dischi che ruotavano attorno al proprio asse ad alta velocità, ma se si apre un telefono cellulare moderno, è possibile vedere che le dimensioni dei giroscopi sono state ridotte alle dimensioni di un minuscolo chip. Ciò è stato possibile grazie all'uso di un sensore microelettromeccanico (MEMS), che misura le forze agenti su due oggetti di massa identica che si muovono in direzioni opposte. Tuttavia, i giroscopi MEMS, a causa della loro natura parzialmente meccanica, hanno una serie di limitazioni, inclusa la sensibilità, quindi gli scienziati hanno sviluppato versioni ottiche di giroscopi che svolgono la stessa funzione dei giroscopi MEMS.

I giroscopi ottici, che non hanno parti meccaniche mobili, a causa della loro elevata sensibilità, forniscono una maggiore precisione nella misurazione della posizione nello spazio utilizzando l'effetto Sagnac, che ha preso il nome in onore del fisico francese Georges Sagnac (Georges Sagnac). Questo effetto è direttamente correlato alla teoria generale della relatività di Albert Einstein e, per riprodurlo, un raggio di luce viene diviso in due raggi che si muovono in direzioni opposte lungo una guida di luce circolare chiusa.

Modificando la posizione del sensore, ovvero ruotandolo attorno all'asse di movimento dei raggi luminosi, un raggio passa davanti all'elemento sensibile con un leggero anticipo rispetto all'altro. Utilizzando tre fibre ad anello i cui assi coincidono con gli assi dello spazio tridimensionale, è possibile calcolare l'orientamento spaziale attuale dell'intero sensore.

I giroscopi ottici di più alta precisione che sono stati creati fino a poco tempo fa avevano dimensioni paragonabili a quelle di una pallina da golf, il che ne rendeva impossibile l'uso in dispositivi elettronici portatili. Ma di recente, un gruppo di ingegneri e scienziati del California Institute of Technology ha risolto con successo un problema che è stato a lungo un ostacolo alla miniaturizzazione dei giroscopi ottici. Il risultato del loro lavoro è stato un giroscopio ottico, che è 500 volte più piccolo di giroscopi simili della generazione precedente, e gli elementi di rilevamento del nuovo dispositivo possono registrare 30 volte meno cambiamenti nella fase della luce rispetto ai dispositivi più vecchi.

La possibilità di una così cardinale miniaturizzazione del giroscopio ottico è diventata possibile attraverso l'uso di una nuova tecnologia di "miglioramento reciproco della sensibilità".

Il termine "reciproco" indica che la tecnologia influisce su entrambi i fasci di luce per compensare gli effetti dannosi del rumore termico, gli effetti di dispersione della luce nelle guide d'onda e altre interferenze ambientali. Questo "mutuo aumento della sensibilità" ha permesso di aumentare molte volte il rapporto segnale-rumore, il che, a sua volta, ha permesso di ridurre le dimensioni delle guide d'onda e di ridurre le dimensioni del giroscopio ottico nel suo insieme per una dimensione paragonabile alla dimensione di un chicco di riso.

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Notizie casuali dall'Archivio

Treni al posto degli aerei 30.01.2020

Gli europei stanno optando sempre più per il trasporto ferroviario rispetto al trasporto aereo perché si vergognano dei danni che gli aerei arrecano all'ambiente.

In Europa, il movimento per la protezione dell'ambiente sta rapidamente guadagnando popolarità, simboleggiato dalla studentessa svedese Greta Thunberg. Gli attivisti ambientali, in particolare, stanno promuovendo un fenomeno chiamato Flight Shaming: i suoi sostenitori chiedono vergogna a coloro che pilotano gli aerei e quindi danneggiano il pianeta. A quanto pare, gli europei si stanno davvero vergognando di volare: in Svezia e Germania il numero dei viaggi aerei è diminuito per la prima volta in dieci anni.

Gli aeroporti svedesi nel 2019 hanno ricevuto il 4% in meno di passeggeri rispetto al 2018 e le compagnie aeree hanno trasportato il 2% in meno di persone (sui voli nazionali - 9% in meno). Le compagnie aeree tedesche hanno consegnato lo 0,4% in meno di passeggeri, mentre il traffico interno è diminuito del 2%. I sostenitori del flight shaming chiedono l'uso dei treni al posto degli aerei, e a quanto pare questo sta funzionando: in Europa c'è un aumento del traffico passeggeri sulle linee ferroviarie.

La Deutsche Bahn tedesca nel 2019 ha trasportato un numero record di passeggeri sui treni a lunga percorrenza: circa 150 milioni di persone all'anno. A causa dell'aumento del traffico, le reti ferroviarie europee potrebbero incontrare problemi con infrastrutture obsolete. Ad esempio, 33mila chilometri di ferrovie tedesche sono sovraccarichi, motivo per cui ogni quarto treno è arrivato alla fine del 2019. Nel Regno Unito la situazione è ancora peggiore: un treno su tre è in ritardo e le carrozze sono spesso sovraffollate.

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