Giróscopo de espín atómico a escala de chip

Aunque el GPS está disponible en todas partes en la vida diaria, no sirve de ayuda para la navegación submarina ni en interiores, puesto que sus señales se alteran fácilmente. Los sistemas de navegación mediante GPS tampoco son adecuados para la navegación de aviones. Estos últimos utilizan sistemas de navegación inercial basados en interferómetros que utilizan láseres y giróscopos mecánicos.

El funcionamiento de los interferómetros convencionales sufre derivas con el tiempo. El objetivo del proyecto AGEN (Atomic gyroscope for enhanced navigation), financiado por la Unión Europea, era avanzar en la tecnología de giróscopos que se utiliza actualmente para los sistemas de navegación de los aviones. Los giróscopos que funcionan con átomos enfriados a temperaturas muy bajas podrían ser la solución para medir con precisión la posición de una aeronave.

Para lograr su objetivo, AGEN reunió a dos centros de investigación y desarrollo con una pyme orientada hacia tecnologías innovadoras. Los socios del proyecto investigaron tecnologías existentes de resonancia magnética nuclear y de giroscopio de espín atómico para comparar sus limitaciones y las prestaciones necesarias.

En un conjunto de átomos de gases nobles, el espín de los núcleos se puede mantener apuntando en una dirección determinada, de igual modo que el rotor mecánico de un giroscopio mantiene su dirección del eje de espín. Esta posibilidad permite obtener un giroscopio de espín atómico. Si se realiza con un tamaño portátil y con alta resistencia a los impactos, el giróscopo de espín atómico podría sustituir con éxito a otras tecnologías anteriores de navegación para aeronaves.

Al finalizar el primer año del proyecto, se habían desarrollado modelos teóricos para determinar los gradientes de campo magnético y distinguir la tasa de rotación del avión respecto de la frecuencia de precesión detectada. Durante el segundo año se identificaron los principales puntos para probar y se realizaron pruebas específicas de referencia con el fin de evaluar el diseño de las celdas de gases microfabricadas.

La estructura del giroscopio de espín atómico es simple, lo cual permite su producción mediante procesos de microfabricación. El diseño de giróscopos basado en los avances recientes en tecnología de fabricación para relojes atómicos y magnetómetros es una nueva dirección de investigación que se espera que mejore la precisión de la navegación en un futuro próximo.

Gracias a un conocimiento más profundo del espín atómico, los giróscopos pueden considerarse entre los sensores más sensibles, posición difícil de alcanzar para los giróscopos basados en sistemas microelectromecánicos. El proyecto AGEN ha acercado Europa un paso más a convertirse en líder en el desarrollo de giróscopos de espín atómico.