એન્જિનિયરોએ વિશ્વનું સૌથી નાનું લાઇટ સેન્સિંગ ગાયરોસ્કોપ બનાવ્યું છે જેને સૌથી નાની પોર્ટેબલ આધુનિક ટેકનોલોજીમાં સરળતાથી સંકલિત કરી શકાય છે.
ગાયરોસ્કોપ્સ દરેક ટેક્નોલોજીમાં સામાન્ય છે જેનો આપણે આજના સમયમાં ઉપયોગ કરીએ છીએ. ગાયરોસ્કોપનો ઉપયોગ વાહનો, ડ્રોન અને ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો જેવા કે મોબાઈલ અને પહેરી શકાય તેવા ઉપકરણોમાં થાય છે કારણ કે તે ત્રિ-પરિમાણીય (3D) જગ્યામાં ઉપકરણની સાચી દિશા જાણવામાં મદદ કરે છે. મૂળમાં, ગાયરોસ્કોપ એ વ્હીલનું એક ઉપકરણ છે જે વ્હીલને જુદી જુદી દિશામાં ધરી પર ઝડપથી ફરવામાં મદદ કરે છે. એક ધોરણ ઓપ્ટિકલ ગાયરોસ્કોપમાં પલ્સ લેસર લાઇટ વહન કરતા સ્પુલ ઓપ્ટિકલ ફાઇબર હોય છે. આ કાં તો ઘડિયાળની દિશામાં અથવા વિરોધી દિશામાં ચાલે છે. તેનાથી વિપરીત, આધુનિક જમાનાના ગાયરોસ્કોપ્સ સેન્સર છે, ઉદાહરણ તરીકે મોબાઇલ ફોનમાં માઇક્રોઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ સેન્સર (MEMS) હાજર છે. આ સેન્સર્સ એવા દળોને માપે છે જે એકસરખા સમૂહની બે એન્ટિટી પર કાર્ય કરે છે પરંતુ જે બે અલગ-અલગ દિશામાં ડગમગી રહ્યાં છે.
સાગ્નેક અસર
હવે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતા સેન્સરની સંવેદનશીલતા મર્યાદિત છે અને તેથી ઓપ્ટિકલ જાયરોસ્કોપ્સ જરૂરી છે. એક નિર્ણાયક તફાવત એ છે કે ઓપ્ટિકલ જાયરોસ્કોપ સમાન કાર્ય કરવા સક્ષમ છે પરંતુ કોઈપણ જંગમ ભાગો વિના અને વધુ ચોકસાઈ સાથે. આ Sagnac અસર દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, એક ઓપ્ટિકલ ઘટના જે કોણીય વેગમાં ફેરફારો શોધવા માટે આઈન્સ્ટાઈનના સામાન્ય સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરે છે. સાગ્નાક અસર દરમિયાન, લેસર લાઇટનો એક બીમ બે સ્વતંત્ર બીમમાં વિભાજીત થાય છે જે હવે ગોળાકાર માર્ગ સાથે વિરુદ્ધ દિશામાં મુસાફરી કરે છે અને અંતે એક લાઇટ ડિટેક્ટર પર મળે છે. આ ત્યારે જ થાય છે જ્યારે ઉપકરણ સ્થિર હોય અને મુખ્યત્વે કારણ કે પ્રકાશ સતત ગતિએ પ્રવાસ કરે છે. જો કે, જો ઉપકરણ ફરતું હોય, તો પ્રકાશનો માર્ગ પણ ફરે છે જેના કારણે બે અલગ-અલગ બીમ પ્રકાશ ડિટેક્ટર સુધી અલગ-અલગ ટાઈમપોઈન્ટ પર પહોંચે છે. આ તબક્કાની પાળીને સાગ્નાક અસર કહેવામાં આવે છે અને સિંક્રોનાઇઝેશનમાં આ તફાવત જિરોસ્કોપ દ્વારા માપવામાં આવે છે અને અભિગમની ગણતરી કરવા માટે વપરાય છે.
સાગ્નાક અસર સિગ્નલમાં અવાજ પ્રત્યે ખૂબ જ સંવેદનશીલ હોય છે અને કોઈપણ આસપાસનો અવાજ જેમ કે નાના થર્મલ વધઘટ અથવા સ્પંદનો બીમને મુસાફરી કરતી વખતે વિક્ષેપિત કરી શકે છે. અને જો ગાયરોસ્કોપ નોંધપાત્ર રીતે નાના કદનું હોય તો તે વિક્ષેપની સંભાવના વધારે છે. ઓપ્ટિકલ જાયરોસ્કોપ દેખીતી રીતે જ વધુ અસરકારક છે પરંતુ ઓપ્ટિકલ ગાયરોસ્કોપને માપવા એટલે કે તેમનું કદ ઘટાડવું એ હજુ પણ એક પડકાર છે, કારણ કે જેમ જેમ તે નાના થાય છે તેમ તેમ તેમના સેન્સરમાંથી પ્રસારિત સિગ્નલ પણ નબળા પડી જાય છે અને પછી અવાજમાં ખોવાઈ જાય છે જે તમામ વિખરાયેલા લોકો દ્વારા પેદા થાય છે. પ્રકાશ આનાથી ગિરોસ્કોપને હલનચલન શોધવામાં વધુ મુશ્કેલી પડે છે. આ દૃશ્યે નાના ઓપ્ટિકલ ગાયરોસ્કોપ્સની ડિઝાઇનને પ્રતિબંધિત કરી છે. સારું પ્રદર્શન ધરાવતું સૌથી નાનું ગાયરોસ્કોપ ઓછામાં ઓછું ગોલ્ફ બોલ જેટલું હોય છે અને તેથી તે નાના પોર્ટેબલ ઉપકરણો માટે અયોગ્ય હોય છે.
નાના ગાયરોસ્કોપ માટે નવી ડિઝાઇન
કેલિફોર્નિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ટેક્નોલોજી યુએસએના સંશોધકોએ ખૂબ જ ઓછા અવાજ સાથે ઓપ્ટિકલ ગાયરોસ્કોપ ડિઝાઇન કર્યું છે જે MEMS સેન્સરને બદલે લેસરનો ઉપયોગ કરે છે અને સમાન પરિણામો મેળવે છે. તેમના અભ્યાસમાં પ્રકાશિત થયેલ છે કુદરત ફોટોનિક્સ. તેઓએ એક નાની 2-ચોરસ-મીમી સિલિકોન ચિપ લીધી અને તેના પર પ્રકાશને માર્ગદર્શન આપવા માટે એક ચેનલ ઇન્સ્ટોલ કરી. આ ચેનલ પ્રકાશને વર્તુળની આસપાસ દરેક દિશામાં મુસાફરી કરવા માટે માર્ગદર્શન આપવામાં મદદ કરે છે. એન્જિનિયરોએ બે ડિસ્કનો ઉપયોગ કરીને લેસર બીમના માર્ગને લંબાવીને પારસ્પરિક અવાજને દૂર કર્યો. જેમ જેમ બીમનો રસ્તો લાંબો થતો જાય છે તેમ, અવાજનું પ્રમાણ સરખું થઈ જાય છે પરિણામે જ્યારે બે બીમ મળે ત્યારે ચોક્કસ માપન થાય છે. આ નાના ઉપકરણના ઉપયોગને સક્ષમ કરે છે પરંતુ હજુ પણ સચોટ પરિણામો જાળવી રાખે છે. અવાજ રદ કરવામાં મદદ કરવા માટે ઉપકરણ પ્રકાશની દિશા પણ ઉલટાવે છે. આ નવીન ગાયરો સેન્સરને XV-35000CB નામ આપવામાં આવ્યું છે. સુધારેલ પ્રદર્શન 'પારસ્પરિક સંવેદનશીલતા વૃદ્ધિ' પદ્ધતિ દ્વારા પ્રાપ્ત થયું હતું. પારસ્પરિક અર્થ એ છે કે તે પ્રકાશના બે સ્વતંત્ર બીમને સમાન રીતે અસર કરે છે. સાગ્નાક અસર આ બે બીમ વચ્ચેના ફેરફારની શોધ પર આધારિત છે કારણ કે તેઓ વિરુદ્ધ દિશામાં મુસાફરી કરી રહ્યા છે અને આ બિનપરસ્પર હોવા સમાન છે. પ્રકાશ મીની ઓપ્ટિકલ વેવગાઈડ દ્વારા મુસાફરી કરે છે જે નાના નળીઓ છે જે પ્રકાશને વહન કરે છે, ઇલેક્ટ્રિકલ સર્કિટમાં વાયરની જેમ. ઓપ્ટિકલ પાથમાં કોઈપણ અપૂર્ણતા અથવા બહારની દખલ બંને બીમને અસર કરશે.
પારસ્પરિક સંવેદનશીલતાની વૃદ્ધિ સિગ્નલ-ટુ-અવાજ ગુણોત્તરમાં સુધારો કરે છે જે આ ઓપ્ટિકલ જાયરોસ્કોપને આંગળીના નખના કદના નાના ચિપ પર સંકલિત કરવામાં સક્ષમ બનાવે છે. આ નાનું ગાયરોસ્કોપ હાલના ઉપકરણો કરતાં કદમાં ઓછામાં ઓછું 500 ગણું નાનું છે પરંતુ વર્તમાન સિસ્ટમો કરતાં 30 ગણું નાનું ફેઝ શિફ્ટ સફળતાપૂર્વક શોધી શકે છે. આ સેન્સરનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે કેમેરાના વાઇબ્રેશનને સુધારવા માટે સિસ્ટમમાં થઈ શકે છે. ગાયરોસ્કોપ હવે વિવિધ ક્ષેત્રોમાં અનિવાર્ય છે અને વર્તમાન સંશોધનો દર્શાવે છે કે નાના ઓપ્ટિકલ ગાયરોસ્કોપ ડિઝાઇન કરવા માટે શક્ય છે, જોકે આ પ્રયોગશાળા ડિઝાઇનને વ્યવસાયિક રીતે ઉપલબ્ધ થવામાં થોડો સમય લાગી શકે છે.
***
{તમે ટાંકેલા સ્ત્રોત(ઓ)ની સૂચિમાં નીચે આપેલ DOI લિંક પર ક્લિક કરીને મૂળ સંશોધન પેપર વાંચી શકો છો}
સ્રોત (ઓ)
ખિયાલ પીપી એટ અલ 2018. પારસ્પરિક સંવેદનશીલતા વૃદ્ધિ સાથે નેનોફોટોનિક ઓપ્ટિકલ ગાયરોસ્કોપ. કુદરત ફોટોનિક્સ. 12 (11). https://doi.org/10.1038/s41566-018-0266-5
***
