Выход за рамки GPS: потенциал квантовых фотонных чипов в преобразовании навигации дронов

к Тацуя Накамура
0 комментарий
Quantum Photonic Chips in Drone Navigation

Исследователи работают над использованием концепции слабого усиления в квантовой механике, чтобы заменить гироскопы в технологии дронов.

Ученые из Рочестерского университета работают над созданием фотонных чипов, призванных заменить гироскопы, используемые в настоящее время в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА). Цель состоит в том, чтобы облегчить навигацию дронов в средах, где сигналы GPS либо заблокированы, либо отсутствуют. Используя квантовую методологию, известную как усиление слабого значения, исследовательская группа стремится достичь того же уровня чувствительности, что и у обычных объемных оптических гироскопов, но в компактном форм-факторе портативных фотонных чипов. Это может фундаментально изменить навигационные системы, используемые в дронах.

Финансирование и препятствия в технологии гироскопов

Хайме Карденас, доцент Института оптики, получил новый грант от Национального научного фонда на дальнейшее развитие этого фотонного чипа до 2026 года. Карденас отмечает, что оптоволоконные гироскопы в настоящее время используются в новейших дронах. часто содержат катушки волокна длиной в километры или обладают ограниченным динамическим диапазоном.

Исследование, поддерживаемое Национальным научным фондом, направлено на разработку фотонных чипов с использованием слабого усиления в качестве метода замены традиционных механических гироскопов в БПЛА. Фото предоставлено: Рочестерский университет / Дж. Адам Фенстер

«В существующей парадигме существует внутренний компромисс между чувствительностью и стабильностью гироскопа и его размерами и весом», — утверждает Карденас. «Поскольку БПЛА, дроны и спутники становятся все более компактными и широко распространенными, ожидается, что спрос на сверхмалые навигационные гироскопы значительно вырастет. Хотя современные миниатюрные гироскопы компактны и прочны, они сталкиваются с недостатком в производительности, который ограничивает их применимость в навигационных системах».

Роль слабого увеличения стоимости и совместных усилий

Карденас поясняет, что слабое усиление имеет преимущества перед традиционными методами, поскольку усиливает сигнал в интерферометрических измерениях без затрат, связанных с повышением различных видов технического шума. Предыдущие попытки реализовать усиление слабых значений требовали тщательно продуманных лабораторных конфигураций с точным выравниванием. Однако Карденас полон решимости внедрить эту квантовую технику в миниатюрный фотонный чип, оснащенный высококачественным факторным кольцевым резонатором.

В этой исследовательской инициативе с Карденасом сотрудничает физик Эндрю Джордан, который ранее работал в Рочестерском университете, а сейчас является преподавателем в Университете Чепмена. Кроме того, Карденас планирует сотрудничать с Центром лидерства и разнообразия Дэвида Т. Кернса при университете. Цель состоит в том, чтобы расширить участие маргинализированных групп, предложив исследовательский опыт старшеклассникам из школьного округа города Рочестер с целью поощрения их интереса к карьере STEM.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о квантовых фотонных чипах в навигации дронов

Каков основной фокус исследований в Рочестерском университете?

Основное внимание уделяется разработке фотонных чипов, призванных заменить традиционные гироскопы в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) или дронах. Эти чипы призваны обеспечить навигацию дронов в условиях, когда сигналы GPS недоступны или заблокированы. Для достижения этой цели исследователи используют квантовый метод, называемый усилением слабых значений.

Кто возглавляет это исследование и каков источник финансирования?

Исследование возглавляет Хайме Карденас, доцент Института оптики Рочестерского университета. Проект финансируется за счет гранта Национального научного фонда, который, как ожидается, будет поддерживать исследования до 2026 года.

С какими проблемами сталкиваются современные гироскопические технологии в дронах?

Современная гироскопическая технология сталкивается с компромиссом между чувствительностью и стабильностью, с одной стороны, и размером и весом, с другой. По мере того, как БПЛА и дроны становятся все меньше и более распространенными, растет потребность в сверхмалых навигационных гироскопах. Существующие миниатюрные гироскопы, хотя и компактны и прочны, страдают от недостатка производительности, который ограничивает их полезность в навигационных системах.

Чем слабое усиление значения отличается от традиционных методов?

Усиление слабых значений дает преимущество усиления сигнала в интерферометрических измерениях без недостатка усиления различных видов технического шума. Традиционные методы обычно требуют сложных лабораторных установок с точным выравниванием, но исследователи стремятся реализовать слабое усиление на компактном фотонном чипе с высококачественным факторным кольцевым резонатором.

Кто соавторы этого проекта?

В этом исследовании участвует физик Эндрю Джордан, бывший преподаватель Рочестерского университета, а теперь — Университета Чепмена. Кроме того, Хайме Карденас планирует сотрудничать с Центром лидерства и разнообразия Дэвида Т. Кернса, чтобы привлечь недостаточно представленные группы, предлагая исследовательский опыт старшеклассникам из школьного округа города Рочестер.

Каково более широкое влияние этого исследования?

Исследование может произвести революцию в навигации дронов, сделав ее более надежной и универсальной, особенно в условиях, когда GPS недоступен или скомпрометирован. Это также может проложить путь к достижениям в других областях, которые полагаются на точную навигацию, таких как спутники. Кроме того, за счет привлечения к исследованию недостаточно представленных групп, проект направлен на поощрение более разнообразной будущей рабочей силы в областях STEM.

Подробнее о квантовых фотонных чипах в навигации дронов

Вам также может понравиться

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский