Laserowy żyroskop na chipie pokona niebezpieczne zakłócenia sygnału GPS

W połowie października 2026 roku amerykańscy badacze zaprezentowali miniaturowy żyroskop optyczny umieszczony na układzie wielkości kilku centymetrów. Urządzenie wykorzystuje wiązki światła laserowego do rejestrowania ruchu i eliminuje ruchome części mechaniczne. Nowa konstrukcja stanowi krok w rozwoju nawigacji inercyjnej, która w przyszłości ma uniezależnić samoloty, drony, żeglugę oraz pojazdy autonomiczne od zewnętrznych sygnałów satelitarnych podatnych na zagłuszanie.

Zakłócenia nawigacji na przykłądzie Morza Bałtyckiego

Systemy lokalizacyjne stosowane w lotnictwie, żegludze i maszynach wojskowych są uzależnione od sygnałów satelitarnych. Sytuacja ta rodzi problemy dla transportu, co widać na terytorium państw takich jak Polska. Zagłuszanie sygnału GPS dokonywane przez Rosję nad Morzem Bałtyckim zmusza inżynierów do prac nad rozwiązaniami funkcjonującymi bez kontaktu z infrastrukturą zewnętrzną. Odpowiedzią na te kłopoty jest nawigacja inercyjna, czyli bezwładnościowa, ustalająca położenie na podstawie punktu startowego i ciągłego odczytu parametrów własnego ruchu. Przeszkodą w systemach tego typu było do tej pory dryfowanie błędów, polegające na gromadzeniu się niedokładności pomiarowych przy długotrwałym braku korekty ze strony satelity.

Jak działa miniaturowy układ fotoniczny opracowany w Stanach Zjednoczonych

Rozwiązanie problemu niedokładności pomiarów opracowali naukowcy z California Institute of Technology oraz University of California w Santa Barbara współpracujący z badaczami z Air Force Research Laboratory. Wyniki eksperymentów udostępniono w październiku 2026 roku w czasopiśmie naukowym Optics Letters. Amerykańscy badacze stworzyli układ fotoniczny pozbawiony części mechanicznych. Brak ruchomych elementów powoduje, że żyroskop optyczny jest odporny na wstrząsy i drgania.

Fizyka wewnątrz układu oparta na efekcie Sagnaca

Inżynierowie zamknęli w obudowie falowód wykonany z azotku krzemu, formując pierścieniowy rezonator optyczny o średnicy około 24 mm. Wewnątrz struktury w dwóch przeciwnych kierunkach przemieszczają się sygnały laserowe. Urządzenie wykorzystuje zjawisko fizyczne znane od ponad 100 lat, nazwane efektem Sagnaca. Gdy platforma obraca się, promienie świetlne poruszające się zgodnie z kierunkiem ruchu pokonują dłuższą drogę niż wiązki biegnące w stronę przeciwną. Wywołuje to różnicę częstotliwości, którą odczytuje elektronika.

• Dokładność pomiarów poprawiono, stosując zjawisko Brillouina.
• Krążące światło wywołuje w falowodzie mechaniczne drgania stabilizujące sygnały laserowe i poprawiające precyzję odczytu.
• Współczynnik zdolności pierścienia do zatrzymywania światła wynosi ponad 163 miliony.
• Czas krążenia fotonów w układzie oscyluje wokół 100 nanosekund, a sprzęt wymaga zasilania na poziomie kilku miliwatów mocy optycznej.

Czułość laserowego żyroskopu w porównaniu do prędkości obrotowej Ziemi

Parametry techniczne żyroskopu sprawdzono w laboratorium przy użyciu specjalnej platformy wykonującej kontrolowane ruchy obrotowe. Pomiary udowodniły, że czułość czujnika pozwala na rejestrowanie amplitudy wynoszącej 37 stopni na godzinę. Taki odczyt zbliża się do wartości prędkości obrotowej Ziemi, wykonującej pełny obrót w około 24 godziny, co daje prędkość blisko 15 stopni na godzinę.

Skonstruowany aparat jest blisko 2000 razy lepszy niż starsze systemy. Wcześniejszy żyroskop Brillouina zapewniał czułość na poziomie 72 000 stopni na godzinę.

Obecny status i ograniczenia nowej nawigacji inercyjnej

Czujnik optyczny znajduje się w fazie testów laboratoryjnych. Żyroskop samodzielnie nie zastąpi systemów satelitarnych. Utworzenie kompletnego systemu nawigacyjnego wymusza powiązanie sprzętu z dokładnymi pomiarami przyspieszenia, precyzyjnym czasem oraz początkową pozycją geograficzną pojazdu. Zaprojektowaną technologię przystosowano do masowej produkcji metodami znanymi z przemysłu półprzewodnikowego.

Tekst ma charakter informacyjno-edukacyjny i opiera się na danych z publikacji naukowych oraz doniesień medialnych z października 2026 roku. Opisywany układ fotoniczny znajduje się obecnie w fazie testów laboratoryjnych i nie stanowi jeszcze pełnoprawnego zastępstwa dla systemu satelitarnego.