This post is also available in:
English (אנגלית)
מערכות ניווט מודרניות נשענות במידה רבה על אותות לווייניים, אך GPS אינו זמין בכל מקום. האותות אינם חודרים באופן אמין אל מתחת לקרקע או לעומק הים, ועלולים גם להיפגע מהפרעות או משיבושים מכוונים. כלי רכב ומערכות הפועלים בסביבות כאלה מסתמכים לכן על חיישנים אינרציאליים כדי להעריך את תנועתם, אלא ששגיאות מדידה קטנות מצטברות לאורך זמן ופוגעות בהדרגה בדיוק המיקום.
חוקרים במרכז החדשנות הקוונטית של A*STAR פיתחו פלטפורמת חישה מכנית חדשה שעשויה בעתיד לשפר את יכולת הניווט ללא הסתמכות על אותות לוויין חיצוניים. בלב המערכת נמצא רוטור מגנטי מרחף בגודל של מילימטרים בודדים, המסוגל להסתובב תוך אובדן אנרגיה נמוך במיוחד ולספק את התנועה היציבה הדרושה למדידות גירוסקופיות רגישות.
הטכנולוגיה מנצלת תופעה המכונה ריחוף דיאמגנטי, המאפשרת לרוטור להישאר תלוי באוויר ללא מגע פיזי. היעדר מיסבים מבטל חלק גדול מהחיכוך שבדרך כלל מאט גוף מסתובב, אך מערכות מרחפות מתמודדות עם בעיה אחרת: תנועה בתוך שדות מגנטיים עלולה ליצור זרמי מערבולת חשמליים, הגורמים לאובדן אנרגיה.
על פי דיווח של TechXplore, החוקרים התמודדו עם הבעיה באמצעות סימטריה סיבובית. כאשר הרוטור מסתובב סביב הציר המרכזי שלו, הוא נחשף לסביבה מגנטית כמעט זהה לאורך כל סיבוב. כך מצטמצמים משמעותית זרמי המערבולת שהיו מאטים אותו. לפי המחקר, האנרגיה הסיבובית אבדה בקצב איטי בערך פי 100 אלף בהשוואה לאנרגיה הקשורה לתנועות הרוחביות והאנכיות של הרוטור.
באמצעות כוחות אלקטרוסטטיים ומערכת בקרה בזמן אמת, האיצו החוקרים את הרוטור למהירות של 930 סיבובים בדקה בתוך סביבת ואקום גבוה. לאחר הפסקת הכוח שהניע אותו, הוא המשיך להסתובב במשך יותר מעשר שעות. קצב איבוד האנרגיה שנמדד עמד על 3.85 מיקרו־הרץ בלבד, ולדברי החוקרים, זהו הנתון הנמוך ביותר שהושג עד כה עבור רוטור מכני בגודל כזה.
היציבות הגבוהה אפשרה למערכת לתפקד גם כגירוסקופ רגיש. היא הצליחה לזהות תנועה סיבובית איטית של 0.0065 מעלות בשנייה, ביצועים המציבים אותה בטווח המקובל עבור גירוסקופים ברמה מסחרית. לפי מודלים שערכו החוקרים, שיפורים נוספים עשויים בעתיד להביא את המערכת לרמת הביצועים הגבוהה יותר הנדרשת ליישומי ניווט.
לטכנולוגיה עשויים להיות יישומים משמעותיים בתחומי הביטחון וביטחון הפנים. כלי רכב צבאיים, צוללות, מערכות תת־ימיות אוטונומיות ורובוטים הפועלים מתחת לקרקע עשויים להידרש לנווט בסביבות שבהן אותות GNSS אינם זמינים או משובשים במכוון. חיישנים אינרציאליים יציבים יותר עשויים לאפשר לפלטפורמות הללו לשמור לאורך זמן רב יותר על הערכה מדויקת של כיוון ותנועה, ללא תלות באותות מיקום חיצוניים.
יתרון חשוב נוסף הוא שהמערכת משלבת ריחוף פסיבי, פעולה בטמפרטורת החדר וסיבוב במהירות גבוהה, ואינה דורשת תנאים קריוגניים. כעת מתכננים החוקרים להגדיל את מהירות הסיבוב, לשפר את יציבות המערכת ולמזער את החומרה המקיפה את הרוטור.
המטרה ארוכת הטווח היא לפתח חיישן ניווט במחיר נגיש שניתן יהיה לשלב במערכות מעשיות. אם יצליחו החוקרים להתגבר על האתגרים ההנדסיים שנותרו, רוטור זעיר שכמעט ואינו מאט עשוי לספק דרך נוספת למערכות אוטונומיות לשמור על כיוון מדויק גם כאשר אותות הלוויין אינם זמינים.
