密歇根大学开发高精度陀螺仪 无GPS信号时帮助自动驾驶汽车导航

据外媒报道，密歇根大学（University of Michigan）开发了小型、价廉且高度精确的陀螺仪，可以帮助无人机和自动驾驶汽车在没有GPS信号的情况下保持航向。

（图片来源：密歇根大学官网）

密歇根大学斯伦贝谢工程学院教授Khalil Najafi称，“我们的陀螺仪比普通手机中的陀螺仪精确一万倍，但价格却只贵十倍，而且比性能相似的大型陀螺仪便宜1000倍。”

大多数智能手机都装有陀螺仪，以检测屏幕方向，并帮助判断用户面对的方向。但其准确性较差，因此在导航时，手机经常错误地指示用户所面对的方向。而自动驾驶汽车一旦失去GPS信号，可能很快就会迷路。目前，自动驾驶汽车备用导航系统中所使用的高性能陀螺仪体积更大，价格也更贵。密歇根大学电子工程和计算机科学助理研究员Jae Yoong Cho表示，“一直以来，高性能陀螺仪都是一个瓶颈。我们的陀螺仪可以通过在大多数自动驾驶车辆上使用高精度和低成本的惯性导航来消除这一瓶颈。”

更好的备用导航设备也可以帮助士兵在GPS信号被干扰的地区找到道路。普通的应用场景，精确的室内导航，可以加快仓库机器人的行驶速度。能够在没有连续定位信号的情况下进行导航的装置称为惯性测量单元（IMU）。IMU由三个加速度计和三个陀螺仪组成，每个陀螺仪代表空间中的一个轴。但是，现有的高性能IMU非常昂贵的，即使是自动驾驶汽车这样昂贵的设备也难以承受。

此款便宜的小型陀螺仪的关键部件是一个几乎对称的机械谐振器，宽一厘米，外型类似穿过酒杯的环形蛋糕模具。与酒杯一样，当玻璃被敲击时产生的振动声音的持续时间取决于玻璃的质量，这对陀螺仪的性能而言也非常重要。整个装置使用放置在玻璃谐振器周围的电极来推动和拉动玻璃，使其发出声响并保持转动。

协助开发制造此款陀螺仪的电气和计算机工程博士Sajal Singh解释说，“玻璃谐振器一般会以某种特定模式振动。如果突然旋转它，其振动模式会保持原来的方向。因此，通过监测其振动模式，就有可能直接测量转速和角度。”简而言之，玻璃振动的方式显示了陀螺仪在空间中旋转的时间、速度和幅度。

为了使该谐振器尽可能完美，Najafi的团队采用厚度约为四分之一毫米的几乎纯的玻璃，用喷灯加热玻璃，将其制成圆环形状。由于其看起来像一个倒置的水盆，因此也被称为“水盆”谐振器。然后，再在玻璃外壳上添加一层金属涂层，并在其周围放置电极，用以振动玻璃并测量振动。整个部件被包裹在一个真空的封装中，可以防止空气流入而迅速减弱振动。

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