Kombinované akcelerometry, gyroskopy a magnetometry/kompasy ve všech osách tvoří kompletní IMU – inerciální měřící jednotku, která je nedílnou součástí nejrůznějších robotů a autopilotů, protože lze taková data využít k odhadu celkového pohybu i bez znalosti GPS.
Gyroskop s magnetometrem změří otočení, akcelerometr zase zrychlení, a když tato data složíte dohromady a budete znát další údaje (otáčky kol), dokážete odhadnout orientaci v prostoru vůči úvodní poloze i bez znalosti GPS.
Problém spočívá v tom, že drobné IMU velikosti integrovaného obvodu, které najdete třeba ve svém mobilním telefonu, nejsou příliš přesné. Sice stačí na zjištění natočení mobilu všemi směry, ale už se nehodí pro použití třeba v chytrém automobilu.
Kdyby se takový vůz pohyboval po rovné silnici rychlostí 50 km/h, odchylka ve výpočtu polohy u běžné automobilové IMU by činila okolo sedmi metrů. IMU je tedy třeba neustále kalibrovat pomocí GPS apod. Ostatně, kalibraci průběžně provádí i váš telefon.
Nový gyroskop z Michiganské univerzity
Inženýři z Michiganské univerzity nicméně navrhli nový gyroskop, jehož přesnost je až 10 000× vyšší než u těch, co máte v mobilu, a zároveň se stále jedná o relativně drobné a levné zařízení s výrobními náklady okolo 50 dolarů.
Stejné přesnosti samozřejmě dosahují i profesionální gyroskopy používané na vesmírných lodích, v ponorkách apod., jejich cena je však mnohem vyšší.
Jak funguje mikroelektromechanický gyroskop
Elektronických gyroskopů je celá řada. Jednu z konstrukcí popisuje obrázek níže. Jednotlivé prstence velmi rychle vibrují od středu a zpět. Když ale budete rezonátorem otáčet, Coriolisová setrvačná síla začne disk deformovat. Míra deformace odpovídá samotnému zrychlení otáčení. Při deformaci se mění elektrické charakteristiky tělesa, které lze změřit a digitálně zpracovat.
Výhodou kruhovitých rezonátorů je symetrie deformace, což vede k velmi nízkým odchylkám měření. Jejich konstrukce je ale zpravidla náročnější. Vědcům z Michiganu se podařilo technologii výrazně zlevnit. Pro rezonátor použili speciální sklo.
Gyroskop za 50 dolarů v mobilu mít asi nebudete, byl by tam zbytečný, nasazení ve vozech je už ale něco jiného. Kdybychom takový gyroskop opět srovnali s příkladem vozu, který se řítí po rovině rychlostí 50 km/h, tentokrát by IMU jednotka po minutě jízdy spletla jen o dva milimetry!
Byť má čip gyroskopu o něco větší rozměry než integrované obvody běžných MEMS gyroskopů v mobilech, chytrých hodinkách apod., stále se jedná o velmi drobné zařízení
Nutno podotknout, že odchylka se postupně navyšuje exponenciálně, takže po pěti minutách už by to bylo 300 milimetrů (30 cm), jenže v případě běžného gyroskopu by to za stejnou dobu činilo odchylku více než 850 metrů.