ಇಂಜಿನಿಯರ್‌ಗಳು ಪ್ರಪಂಚದ ಅತ್ಯಂತ ಚಿಕ್ಕದಾದ ಲೈಟ್-ಸೆನ್ಸಿಂಗ್ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ ಅನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಿದ್ದಾರೆ, ಇದನ್ನು ಚಿಕ್ಕದಾದ ಪೋರ್ಟಬಲ್ ಆಧುನಿಕ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಕ್ಕೆ ಸುಲಭವಾಗಿ ಸಂಯೋಜಿಸಬಹುದು.
ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ಗಳು ಇಂದಿನ ಕಾಲದಲ್ಲಿ ನಾವು ಬಳಸುವ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದಲ್ಲೂ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿದೆ. ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್‌ಗಳನ್ನು ವಾಹನಗಳು, ಡ್ರೋನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಮೊಬೈಲ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಧರಿಸಬಹುದಾದಂತಹ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಅವು ಮೂರು ಆಯಾಮದ (3D) ಜಾಗದಲ್ಲಿ ಸಾಧನದ ಸರಿಯಾದ ದೃಷ್ಟಿಕೋನವನ್ನು ತಿಳಿಯಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಮೂಲತಃ, ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ ಎನ್ನುವುದು ಚಕ್ರದ ಸಾಧನವಾಗಿದ್ದು, ಚಕ್ರವು ವಿವಿಧ ದಿಕ್ಕುಗಳಲ್ಲಿ ಅಕ್ಷದ ಮೇಲೆ ವೇಗವಾಗಿ ತಿರುಗಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಒಂದು ಮಾನದಂಡ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ ಪಲ್ಸ್ ಲೇಸರ್ ಬೆಳಕನ್ನು ಸಾಗಿಸುವ ಸ್ಪೂಲ್ಡ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್ ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಇದು ಪ್ರದಕ್ಷಿಣಾಕಾರವಾಗಿ ಅಥವಾ ಅಪ್ರದಕ್ಷಿಣಾಕಾರವಾಗಿ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, ಆಧುನಿಕ ಕಾಲದ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ಗಳು ಸಂವೇದಕಗಳಾಗಿವೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಮೊಬೈಲ್ ಫೋನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಮೈಕ್ರೋಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಮೆಕಾನಿಕಲ್ ಸಂವೇದಕ (MEMS) ಇರುತ್ತವೆ. ಈ ಸಂವೇದಕಗಳು ಒಂದೇ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯ ಎರಡು ಘಟಕಗಳ ಮೇಲೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಆದರೆ ಎರಡು ವಿಭಿನ್ನ ದಿಕ್ಕುಗಳಲ್ಲಿ ಅಲೆದಾಡುವ ಬಲಗಳನ್ನು ಅಳೆಯುತ್ತವೆ.
ಸಾಗ್ನಾಕ್ ಪರಿಣಾಮ
ಈಗ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತಿರುವ ಸಂವೇದಕಗಳು ಸೀಮಿತ ಸಂವೇದನೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ ಮತ್ತು ಹೀಗಾಗಿ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ಗಳು ಅಗತ್ಯವಿದೆ. ಒಂದು ನಿರ್ಣಾಯಕ ವ್ಯತ್ಯಾಸವೆಂದರೆ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ಗಳು ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ ಆದರೆ ಯಾವುದೇ ಚಲಿಸಬಲ್ಲ ಭಾಗಗಳಿಲ್ಲದೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ನಿಖರತೆಯೊಂದಿಗೆ. ಕೋನೀಯ ವೇಗದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಲು ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್‌ನ ಸಾಮಾನ್ಯ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ಬಳಸುವ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ವಿದ್ಯಮಾನವಾದ ಸಾಗ್ನಾಕ್ ಪರಿಣಾಮದಿಂದ ಇದನ್ನು ಸಾಧಿಸಬಹುದು. ಸಾಗ್ನಾಕ್ ಪರಿಣಾಮದ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಲೇಸರ್ ಬೆಳಕಿನ ಕಿರಣವನ್ನು ಎರಡು ಸ್ವತಂತ್ರ ಕಿರಣಗಳಾಗಿ ವಿಭಜಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಅದು ಈಗ ದುಂಡಾದ ಹಾದಿಯಲ್ಲಿ ವಿರುದ್ಧ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ, ಅಂತಿಮವಾಗಿ ಒಂದು ಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆಕಾರಕದಲ್ಲಿ ಭೇಟಿಯಾಗುತ್ತದೆ. ಸಾಧನವು ಸ್ಥಿರವಾಗಿದ್ದರೆ ಮತ್ತು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಬೆಳಕು ನಿರಂತರ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸಿದರೆ ಮಾತ್ರ ಇದು ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಸಾಧನವು ತಿರುಗುತ್ತಿದ್ದರೆ, ಬೆಳಕಿನ ಮಾರ್ಗವು ತಿರುಗುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಎರಡು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಕಿರಣಗಳು ಬೇರೆ ಬೇರೆ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆಕಾರಕವನ್ನು ತಲುಪುತ್ತವೆ. ಈ ಹಂತದ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಸಾಗ್ನಾಕ್ ಪರಿಣಾಮ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಿಂಕ್ರೊನೈಸೇಶನ್‌ನಲ್ಲಿನ ಈ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್‌ನಿಂದ ಅಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ದೃಷ್ಟಿಕೋನವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಸಾಗ್ನಾಕ್ ಪರಿಣಾಮವು ಸಿಗ್ನಲ್‌ನಲ್ಲಿನ ಶಬ್ದಕ್ಕೆ ಬಹಳ ಸೂಕ್ಷ್ಮವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಣ್ಣ ಉಷ್ಣ ಏರಿಳಿತಗಳು ಅಥವಾ ಕಂಪನಗಳಂತಹ ಯಾವುದೇ ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ಶಬ್ದವು ಕಿರಣಗಳನ್ನು ಚಲಿಸುವಾಗ ಅಡ್ಡಿಪಡಿಸುತ್ತದೆ. ಮತ್ತು ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ ಗಣನೀಯವಾಗಿ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದ್ದರೆ ಅದು ಅಡಚಣೆಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಒಳಗಾಗುತ್ತದೆ. ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ಗಳು ನಿಸ್ಸಂಶಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಆದರೆ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್‌ಗಳನ್ನು ಅಳೆಯುವುದು ಇನ್ನೂ ಒಂದು ಸವಾಲಾಗಿದೆ, ಅಂದರೆ ಅವುಗಳ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಅವು ಚಿಕ್ಕದಾಗುತ್ತಿದ್ದಂತೆ ಅವುಗಳ ಸಂವೇದಕಗಳಿಂದ ಹರಡುವ ಸಂಕೇತವು ದುರ್ಬಲಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ನಂತರ ಎಲ್ಲಾ ಚದುರಿದ ಶಬ್ದದಿಂದ ಕಳೆದುಹೋಗುತ್ತದೆ. ಬೆಳಕು. ಇದು ಚಲನೆಯನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚುವಲ್ಲಿ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ಗೆ ಹೆಚ್ಚು ತೊಂದರೆ ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ. ಈ ಸನ್ನಿವೇಶವು ಚಿಕ್ಕ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್‌ಗಳ ವಿನ್ಯಾಸವನ್ನು ನಿರ್ಬಂಧಿಸಿದೆ. ಉತ್ತಮ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಚಿಕ್ಕ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ ಕನಿಷ್ಠ ಗಾಲ್ಫ್ ಚೆಂಡಿನ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಸಣ್ಣ ಪೋರ್ಟಬಲ್ ಸಾಧನಗಳಿಗೆ ಸೂಕ್ತವಲ್ಲ.
ಸಣ್ಣ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ಗಾಗಿ ಹೊಸ ವಿನ್ಯಾಸ
ಕ್ಯಾಲಿಫೋರ್ನಿಯಾ ಇನ್‌ಸ್ಟಿಟ್ಯೂಟ್ ಆಫ್ ಟೆಕ್ನಾಲಜಿ USA ಯ ಸಂಶೋಧಕರು MEMS ಸಂವೇದಕಗಳ ಬದಲಿಗೆ ಲೇಸರ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುವ ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಬ್ದದೊಂದಿಗೆ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ ಅನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದ್ದಾರೆ ಮತ್ತು ಸಮಾನ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತಾರೆ. ಅವರ ಅಧ್ಯಯನವನ್ನು ಪ್ರಕಟಿಸಲಾಗಿದೆ ನೇಚರ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್. ಅವರು ಚಿಕ್ಕದಾದ 2-ಚದರ-ಎಂಎಂ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಚಿಪ್ ಅನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಂಡು ಅದರ ಮೇಲೆ ಬೆಳಕನ್ನು ಮಾರ್ಗದರ್ಶನ ಮಾಡಲು ಚಾನಲ್ ಅನ್ನು ಸ್ಥಾಪಿಸಿದರು. ಈ ಚಾನೆಲ್ ಒಂದು ವೃತ್ತದ ಸುತ್ತಲೂ ಪ್ರತಿ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿಯೂ ಬೆಳಕು ಚಲಿಸಲು ಮಾರ್ಗದರ್ಶನ ಮಾಡಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಇಂಜಿನಿಯರ್‌ಗಳು ಎರಡು ಡಿಸ್ಕ್‌ಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ಮೂಲಕ ಲೇಸರ್ ಕಿರಣಗಳ ಮಾರ್ಗವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವ ಮೂಲಕ ಪರಸ್ಪರ ಶಬ್ದವನ್ನು ಹೊರಹಾಕಿದರು. ಕಿರಣದ ಹಾದಿಯು ದೀರ್ಘವಾದಂತೆ, ಎರಡು ಕಿರಣಗಳು ಸಂಧಿಸಿದಾಗ ನಿಖರವಾದ ಮಾಪನದ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಶಬ್ದದ ಪ್ರಮಾಣವು ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದು ಚಿಕ್ಕ ಸಾಧನದ ಬಳಕೆಯನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ ಆದರೆ ಇನ್ನೂ ನಿಖರವಾದ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಶಬ್ದ ರದ್ದತಿಯಲ್ಲಿ ಸಹಾಯ ಮಾಡಲು ಸಾಧನವು ಬೆಳಕಿನ ದಿಕ್ಕನ್ನು ಹಿಮ್ಮುಖಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ನವೀನ ಗೈರೋ ಸಂವೇದಕವನ್ನು XV-35000CB ಎಂದು ಹೆಸರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಸುಧಾರಿತ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು 'ಪರಸ್ಪರ ಸಂವೇದನೆ ವರ್ಧನೆ' ವಿಧಾನದಿಂದ ಸಾಧಿಸಲಾಗಿದೆ. ಪರಸ್ಪರ ಎಂದರೆ ಅದು ಎರಡು ಸ್ವತಂತ್ರ ಬೆಳಕಿನ ಕಿರಣಗಳ ಮೇಲೆ ಅದೇ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ. ಸಾಗ್ನಾಕ್ ಪರಿಣಾಮವು ಈ ಎರಡು ಕಿರಣಗಳ ನಡುವಿನ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚುವುದರ ಮೇಲೆ ಆಧಾರಿತವಾಗಿದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಅವುಗಳು ವಿರುದ್ಧ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಇದು ಪರಸ್ಪರ ಅಲ್ಲ. ಮಿನಿ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ವೇವ್‌ಗೈಡ್‌ಗಳ ಮೂಲಕ ಬೆಳಕು ಚಲಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ವಿದ್ಯುತ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ನಲ್ಲಿರುವ ತಂತಿಗಳಂತೆಯೇ ಬೆಳಕನ್ನು ಸಾಗಿಸುವ ಸಣ್ಣ ವಾಹಕಗಳಾಗಿವೆ. ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪಥದಲ್ಲಿ ಯಾವುದೇ ಅಪೂರ್ಣತೆಗಳು ಅಥವಾ ಹೊರಗಿನ ಹಸ್ತಕ್ಷೇಪವು ಎರಡೂ ಕಿರಣಗಳ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ.
ಪರಸ್ಪರ ಸಂವೇದನೆಯ ವರ್ಧನೆಯು ಸಿಗ್ನಲ್-ಟು-ಶಬ್ದ ಅನುಪಾತವನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ, ಈ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ ಅನ್ನು ಬೆರಳಿನ ಉಗುರಿನ ತುದಿಯ ಗಾತ್ರದ ಸಣ್ಣ ಚಿಪ್‌ಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ಈ ಚಿಕ್ಕ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿರುವ ಸಾಧನಗಳಿಗಿಂತ ಗಾತ್ರದಲ್ಲಿ ಕನಿಷ್ಠ 500 ಪಟ್ಟು ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ ಆದರೆ ಪ್ರಸ್ತುತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಿಗಿಂತ 30 ಪಟ್ಟು ಚಿಕ್ಕದಾದ ಹಂತದ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಪತ್ತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಕ್ಯಾಮೆರಾದ ಕಂಪನಗಳನ್ನು ಸರಿಪಡಿಸಲು ಈ ಸಂವೇದಕವನ್ನು ಪ್ರಾಥಮಿಕವಾಗಿ ಸಿಸ್ಟಂಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಬಹುದು. ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್ಗಳು ಈಗ ವಿವಿಧ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಅನಿವಾರ್ಯವಾಗಿವೆ ಮತ್ತು ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಸಣ್ಣ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್‌ಗಳನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೂ ಈ ಪ್ರಯೋಗಾಲಯ ವಿನ್ಯಾಸವು ವಾಣಿಜ್ಯಿಕವಾಗಿ ಲಭ್ಯವಾಗಲು ಸ್ವಲ್ಪ ಸಮಯ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಬಹುದು.
***
{ಉದಾಹರಿಸಿದ ಮೂಲ(ಗಳ) ಪಟ್ಟಿಯಲ್ಲಿ ಕೆಳಗೆ ನೀಡಲಾದ DOI ಲಿಂಕ್ ಅನ್ನು ಕ್ಲಿಕ್ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ನೀವು ಮೂಲ ಸಂಶೋಧನಾ ಪ್ರಬಂಧವನ್ನು ಓದಬಹುದು}
ಮೂಲಗಳು)
ಖಿಯಾಲ್ ಪಿಪಿ ಮತ್ತು ಇತರರು 2018. ಪರಸ್ಪರ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆಯ ವರ್ಧನೆಯೊಂದಿಗೆ ನ್ಯಾನೊಫೋಟೋನಿಕ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೈರೊಸ್ಕೋಪ್. ನೇಚರ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್. 12(11) https://doi.org/10.1038/s41566-018-0266-5
***
