Gia tốc kế hay cảm biến gia tốc là một trong những cảm biến quan trọng cần có trên thiết bị điện tử hiện đại ngày nay, đặc biệt là smartphone và máy tính bảng. Nó cho phép thiết bị biết khi nào nó được di chuyển khỏi vị trí ban đầu cũng như di chuyển như thế nào. Ngoài ra, cảm biến gia tốc còn được sử dụng trên các hệ thống dẫn đường, hệ thống tự động hóa và hệ thống ổn định hình ảnh trong camera. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại viện công nghệ California (Caltech) đang tiến hành phát triển một loại cảm biến gia tốc mới dựa trên laser. Theo nhóm nghiên cứu, gia tốc kế laser sẽ mang lại hiệu năng hoạt động tốt hơn so với các gia tốc kế hiện tại.
Thông thường, các gia tốc kế hoạt động bằng cách sử dụng một mạch điện để đo những chuyển động dù là nhỏ nhất của một thứ được gọi là khối chấn động. Đây là một thiết bị được gắn linh hoạt vào gia tốc kế, do đó gia tốc theo mọi hướng đều có thể khiến nó chuyển động. Tuy nhiên, trong thí nghiệm với gia tốc kế của Caltech, mạch điện trên được thay bằng ánh sáng laser.
Trên một microchip silicon, các nhà khoa học đã tạo ra một "lỗ hổng quang học siêu nhỏ" với chiều dài chỉ 20 micron, 1 micron chiều rộng và độ dày chỉ bằng vài phần 10 micron. Bên trong trong lỗ hổng là 2 tia nano bằng silicon đặt song song giống như 2 ray của khóa kéo nhằm dẫn ánh sáng laser vào lỗ. Ánh sáng sẽ được đưa đến một điểm nơi nó dội tới lui dọc theo khoảng trống giữa 2 tia nano.
Tiếp đó, các khối chấn động của gia tốc kế được gắn vào một bên của tia nano. Khi khối chấn động di chuyển, nó khiến cho kích cỡ của khoảng trống giữa các tia nano thay đổi. Điều này tác động đến cường độ của ánh sáng laser khi nó đi ra khỏi lỗ hổng quang học. Qua đó, gia tốc kế của thể phát hiện những chuyển động siêu nhỏ bằng cách phân tích những thay đổi về cường độ này.
Vậy cảm biến gia tốc sẽ trở nên nhạy hơn như thế nào? Theo Caltech, cảm biến có thể xác định những chuyển động của khối chấn động khi nó xê dịch chỉ vài femtomet (1 fm = 1 x 10^-12 mm). Những chuyển động siêu nhỏ như vậy hiển nhiên sẽ xảy ra rất nhanh nhưng gia tốc kế vẫn có thể phát hiện ra. Cụ thể, cảm biến của Caltech có thể phát hiện những chuyển động xảy ra trong 1/10 micro giây, nhanh hơn nhiều nghìn lần so với những chuyển động mà hầu hết các cảm biến gia tốc hiện nay có thể phát hiện.
Trước khi công nghệ trên được phổ biến rộng rãi, các kỹ sư vẫn phải tìm cách tích hợp laser và các thành phần quang học đi kèm vào microchip với giá thành tốt nhất.
Nghiên cứu của Caltech đã được công bố trên tạp chí Nature Photonics.
Theo: Caltech, Tinh Tế
