Acelerômetro Revolucionário Baseado em Laser: Sensor de Movimento Ultra-Fino e Ultra-Preciso

Um airbag de automóvel é acionado graças a um acelerômetro — um sensor que detecta mudanças súbitas de velocidade. Acelerômetros mantêm foguetes e aviões no caminho de voo correto, fornecem navegação para carros autônomos e rotacionam imagens para que fiquem direita em celulares e tablets, entre outras tarefas essenciais.

Uma equipe de pesquisadores desenvolveu um acelerômetro com um milímetro de espessura que usa luz laser em vez de deformação mecânica para produzir um sinal. Embora alguns outros acelerômetros também dependam de luz, o design do novo instrumento torna o processo de medição mais direto, fornecendo maior precisão. Ele também opera sobre uma faixa maior de frequências e foi testado mais rigorosamente que dispositivos similares.

O acelerômetro optomecânico é muito mais preciso que os melhores acelerômetros comerciais e não precisa passar pelo processo demorado de calibrações periódicas. Na verdade, como o instrumento usa luz laser de frequência conhecida para medir aceleração, pode finalmente servir como um padrão de referência portátil para calibrar outros acelerômetros no mercado, tornando-os mais precisos. O acelerômetro também tem potencial para melhorar navegação inercial em sistemas críticos como aeronaves militares, satélites e submarinos, especialmente quando sinal GPS não está disponível.

O dispositivo consiste em dois chips de silício com luz laser infravermelha entrando no chip inferior e saindo no superior. O chip superior contém uma massa de prova suspensa por vigas de silício, o que permite que a massa se mova para cima e para baixo livremente em resposta à aceleração. Um revestimento espelhado na massa de prova e um espelho hemisférico anexado ao chip inferior formam uma cavidade óptica. O comprimento de onda da luz infravermelha é escolhido para que quase corresponda ao comprimento de onda ressonante da cavidade, permitindo que a luz aumente em intensidade ao ricochetear para frente e para trás entre as duas superfícies espelhadas muitas vezes antes de sair. Quando o dispositivo experimenta uma aceleração, a massa de prova se move, alterando o comprimento da cavidade e deslocando o comprimento de onda ressonante. Isso altera a intensidade da luz refletida. Uma leitura óptica converte a mudança de intensidade em uma medição de aceleração.

O acelerômetro optomecânico detecta acelerações tão minúsculas quanto 32 bilionésimos de um g, onde g é a aceleração devido à gravidade da Terra. Isso é uma sensibilidade maior que outros acelerômetros no mercado com tamanho e largura de banda similares. Com melhorias adicionais, o dispositivo poderia ser usado como um dispositivo de referência portátil de alta precisão para calibrar outros acelerômetros sem precisar levá-los a um laboratório.