Giroscopio a rotazione atomica della grandezza di un chip

Nonostante sia disponibile ovunque nella nostra vita quotidiana, il GPS non supporta la navigazione subacquea e negli ambienti chiusi perché i suoi segnali sono facilmente disturbati. I sistemi di navigazione GPS sono inadatti anche per la navigazione degli aerei. Questi ultimi utilizzano ancora i sistemi di navigazione inerziale basati su interferometri laser e giroscopi meccanici.

Le prestazioni dei convenzionali interferometri peggiorano nel tempo. Lo scopo del progetto AGEN (Atomic gyroscope for enhanced navigation), finanziato dall’UE, è quello di far avanzare la tecnologia del giroscopio nei sistemi di navigazione aerea odierni. Dei giroscopi che funzionano con atomi raffreddati a temperature molto basse, promettono di misurare accuratamente la posizione di un aereo.

Per raggiungere il suo obiettivo, il progetto AGEN ha riunito due centri di ricerca e sviluppo con un’impresa di piccole-medie dimensioni orientata verso tecnologie innovative. I partner del progetto hanno studiato l’attuale risonanza magnetica nucleare e le tecnologie con giroscopio a rotazione atomica per confrontare le loro limitazioni contro le prestazioni richieste.

Per un insieme di atomi di gas nobile, lo spin dei nuclei può essere mantenuto verso una determinata direzione, proprio come il rotore meccanico in un giroscopio meccanico mantiene la propria direzione rispetto all’asse di rotazione. Questa possibilità rende possibile un giroscopio a rotazione atomica. Se venisse prodotto in formato portatile con elevata resistenza agli urti, il giroscopio di rotazione atomica potrebbe sostituire con successo la vecchia tecnologia di navigazione degli aeromobili.

Prima della fine del primo anno del progetto, sono stati sviluppati modelli teorici per determinare i gradienti di campo magnetico e distinguere la frequenza di rotazione di un aereoplano mediante la frequenza di precessione rilevata. Nel secondo anno, sono stati identificati i principali punti relativi ai test e sono stati condotti degli specifici test di valutazione per valutare la progettazione delle celle a gas microfabbricate.

La struttura del giroscopio a rotazione atomica è semplice, permettendo la sua produzione con procedure di micro-fabbricazione. Il design dei giroscopi basato sui recenti progressi nella tecnologia di fabbricazione di orologi atomici e magnetometri costituisce una nuova direzione di ricerca per l’aumento della precisione di navigazione nel prossimo futuro.

Grazie a una comprensione più profonda degli spin atomici, i giroscopi in questione possono essere classificati tra i sensori più sensibili, una posizione difficile da ottenere per i giroscopi basati su sistemi microelettromeccanici. Il progetto AGEN ha portato l’Europa un passo più vicino alla leadership nello sviluppo di giroscopi a rotazione atomica.