美加发明芯片级陀螺仪，无需GPS即可精确导航

你有1000架无人机，正在空中表演大型灯光秀，突然你的竞争对手干扰了GPS信号，无人机纷纷从空中坠落，你损失惨重，这样的事情并不是没有发生过！但这个噩梦般的场景可能很快就要成为历史了。

最近，来自美国加州的Anello Photonics和加拿大蒙特利尔的OSCP公司带来了一个重磅消息：他们成功研发出了芯片级光学陀螺仪导航系统。这个巴掌大小的设备，竟能实现百公里仅100米误差的超高精度导航，而且完全不依赖GPS信号！

如果你开车行驶100公里，系统的距离测量误差仅为100米，也就是0.1%的误差。Anello公司的CEO马里奥·帕尼西亚自豪地说。这个精度，已经完全可以满足大多数实际应用场景了。

但要把一个传统上又大又重的光学陀螺仪缩小到芯片大小，这听起来似乎不可思议，那么他们是如何实现这个看似不可能的任务的呢？

故事要从2018年说起。当时，加州理工学院的阿里·哈吉米里（Ali Hajimiri）教授和他的团队实现了一个重大突破。他们发现了一种消除噪声的新技术，首次将光学陀螺仪缩小到了商用产品的1/500大小！这就像是把一台台式电脑缩小到了一粒米那么大。

这个突破的背后，是一个1913年就被发现的物理现象——萨格纳克效应。简单来说，就是将一束光分成两束，让它们沿着相反的方向在圆形轨道上运行。当设备旋转时，一束光会比另一束先到达检测器，通过这个时间差，就能精确测量旋转角度。

听起来很简单对吧？但是要把这个原理变成现实，科学家们足足等了一个世纪！最大的难题是，当设备变小时，光信号也变得越来越微弱，就像你在白天用手电筒照射，光线会被阳光淹没一样。

Anello公司的科学家们想出了一个绝妙的主意：他们使用特殊的氮化硅波导，让光线能在极小的空间里多转几圈。这就像是在狭小的空间里建造了一个"光的迷宫"，让微弱的光信号也能被准确捕捉到。

更令人兴奋的是，这个系统还配备了人工智能，可以和GPS配合监控位置和导航。当它发现GPS信号异常时，比如你在纽约，但GPS显示你在得克萨斯州，系统会自动切换到陀螺仪导航模式。

这项技术的应用前景令人振奋。它不仅可以用在无人机和自动驾驶汽车上，还可以帮助消防员在浓烟弥漫的建筑物内导航。在海洋和水下，即使没有任何参照物，它也能保持相当高的精度。虽然误差会增加到3-4%，但考虑到海流的复杂性，这个精度已经相当惊人了。

从实验室的突破到商业化产品，从理论构想到实际应用，这个巴掌大小的设备凝聚了科学家们近十年的心血。它的出现，不仅为GPS提供了一个强有力的补充，更为未来的导航技术开辟了一条全新的道路。

参考：

IEEE Spectrum:Gyroscope-on-a-Chip Targets GPS’s Dominance Centimeter-scale wayfinding accuracy emerges from millimeter-scale tech