ANN ARBOR, Michigan.— Dentro de una burbuja de vidrio del tamaño de la semilla de una manzana los investigadores de La Escuela de Ingeniería de la Universidad de Michigan han acomodado siete artefactos electrónicos que, juntos, podrían proporcionar la navegación en ausencia de un sistema de geoposicionamiento basado en satélite, conocido como GPS por su sigla en inglés.
El GPS por vía satélite –conveniente para los civiles y esencial para los militares- no es a prueba de fallas. No funciona en espacios cerrados, cerca de edificios altos o bajo una densa capa de nubes, y es relativamente fácil interferir con él, según los investigadores.
“En algunos casos no hay una buena solución para todo esto, todavía”, dijo Khalil Najafi, profesor de la cátedra Schlumberger de Ingeniería y director de ingeniería eléctrica y de computación. “Ésa es una de las razones por las cuales hay interés en el desarrollo de esta tecnología”.
Las llamadas “unidades de medición de tiempo e inercia”, similares a esta nueva, se usan ya como sensores de movimiento en los teléfonos celulares, los controles de videojuegos y sistemas de automotores, pero el desempeño de estos sensores de silicio no es suficientemente adecuado para la navegación, el posicionamiento y la orientación a través de distancias más largas o períodos más prolongados. Los sensores de inercia se han usado para la navegación de buques y aviones desde mucho antes que el GPS. Los que todavía se usan hoy en estos vehículos son mucho más grandes.
“En los sistemas por inercia comerciales, el volumen es aproximadamente el de una manzana y la mayoría son más grandes, como el volumen de cuatro manzanas”, dijo Najafi. “El volumen de nuestro aparato es menor que el de una semilla de manzana. El avance mayor es que la tecnología que desarrollamos nos permitirá construir aparatos de muy alto rendimiento en tamaños extremadamente pequeños”.
Con 13 milímetros cúbicos el paquete contiene un reloj maestro de alta precisión y seis sensores que detectan el movimiento sobre seis ejes diferentes.
Para hacer su unidad avanzada de medición por inercia Najafi y su grupo investigador desarrollaron procesos especiales de fabricación que les permiten apilar y ligar los siete artefactos diferentes en capas. Y para hacer más robusta su unidad la construyeron de sílice fusionado, un vidrio de alta calidad, en lugar de silicio que se usa comúnmente para este tipo de artefactos.
Las unidades de medición por tiempo e inercia rastrean una senda midiendo la velocidad, el tiempo, la dirección y la distancia desde el punto de partida.
“A fin de medir una posición uno necesita saber dónde está y luego cuán lejos se ha movido en cuánto tiempo y en qué dirección”, dijo Najafi.
Los GPS, en cambio, calculan la posición sobre la base de su movimiento en relación con una red de satélites. Los satélites se contactan continuamente con el receptor. Najafi considera que los dos métodos podrían combinarse de manera que los sistemas de navegación tengan un componente de respaldo y una operación sin brechas tanto al aire libre como en espacios interiores. Pero eso, él cree, demorará por lo menos cinco años.
Otros investigadores que contribuyeron a este trabajo incluyen: el fellow investigador doctorado Zongliang Cao; el estudiante de grado Yi Yuan; la científica investigadora asistente Becky Peterson, y el científico investigador asistente visitante Guohong He, todos en el departamento de ingeniería eléctrica y ciencia de computadora. Najafi y sus colegas presentaron su estudio sobre el aparato, titulado “Fabrication of Multi-Layer Vertically Stacked Fused Silica Microsystems” el 17 de junio en la Décimo séptima Conferencia Internacional sobre Sensores de Estado Sólido, Actuador y microsistemas (Transducers 2013) en Barcelona, España. Mina Rais Zadeh, profesora asistente de ingeniería eléctrica y de computación, y su grupo desarrollaron la unidad de tiempo para este sistema. Najafi es también profesor de la cátedra Arthur F. Thurneau y profesor de ingeniería biomédica.
