A 20 de maio, a equipa de investigação científica do nosso país voltou a publicar resultados inovadores de investigação em sensores na revista académica de topo Nature.
Este estudo baseia-se no princípio da física de singularidade, fazendo com que a modulação de frequência e fase induzida pelo efeito de Coriolis apresente uma relação de escala de raiz cúbica, otimizando eficazmente os principais indicadores de desempenho dos giroscópios vibratórios de Coriolis à escala de chip. Verificado por múltiplas experiências, este esquema de otimização inovador não aumenta o tamanho da estrutura do dispositivo, nem gera consumo de energia adicional, podendo melhorar significativamente a relação sinal-ruído do sistema e aumentar substancialmente a precisão da deteção de movimento e medição de atitude do giroscópio — os dados do artigo mostram que foi alcançado um aumento de três ordens de grandeza no fator de Coriolis, a relação sinal-ruído foi melhorada em 253 vezes e a precisão foi aumentada em 297 vezes.
Este resultado foi publicado na Nature com o título "Cusp-singularity-enhanced Coriolis effect for sensitive chip-scale gyroscopes".
Os dados mostram que o Professor Xin Zhou (Universidade Nacional de Tecnologia de Defesa & Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul), o Professor Hui Jing (Universidade Nacional de Tecnologia de Defesa & Universidade Normal de Hunan), o Professor Franco Nori (RIKEN) e o Professor Fei Wang (Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul) são os co-autores correspondentes do artigo; Sen Zhang, aluno de mestrado do grupo de investigação de Xin Zhou, é o primeiro autor do artigo, tendo realizado as experiências sob a orientação do Professor Xin Zhou; o Professor Xin Zhou liderou a análise teórica, o Professor Hui Jing e o Professor Nori forneceram orientação importante, e o Doutor Ran Huang, orientado conjuntamente pelo Professor Hui Jing e pelo Professor Nori, também contribuiu para a análise teórica. O trabalho de investigação recebeu financiamento e apoio do Programa Nacional de Investigação e Desenvolvimento Chave e da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China.
Os giroscópios, como sensores inerciais fundamentais, são cruciais para a medição de rotação em indústrias como a eletrónica de consumo, automóvel e aeroespacial, sendo o tipo mais amplamente utilizado baseado no efeito de Coriolis. Os giroscópios vibratórios de Coriolis (CVG) à escala de chip oferecem vantagens em tamanho, peso e custo, mas o seu desempenho é muito inferior ao dos CVG macroscópicos tradicionais, porque o fator de Coriolis inerentemente fraco nos microchips limita a melhoria da sua sensibilidade, e o ruído Browniano nos microchips é muito maior do que nos chips macroscópicos. Para superar esta limitação física, propusemos e verificámos experimentalmente a utilização da singularidade de terceira ordem dentro de uma cúspide num oscilador de rastreamento de fase CVG em chip, para alcançar uma escala de raiz cúbica da modulação de frequência induzida pelo efeito de Coriolis. Utilizando este efeito, alcançámos um aumento de três ordens de grandeza no fator de Coriolis, uma melhoria de 253 vezes na relação sinal-ruído e um aumento de 297 vezes na precisão. Além disso, a singularidade de cúspide permite a medição sublinear de modulação de fase ultra-sensível, anteriormente inalcançável, alcançando assim um desempenho recorde de relação sinal-ruído em giroscópios de chip de silício. Estas descobertas não só preenchem a lacuna na observação e controlo do efeito de Coriolis aumentado por singularidade, trazendo avanços revolucionários para a tecnologia de giroscópios, como também fornecem novas ideias para outras aplicações de deteção ultra-sensível.