Se utilizan muchos dispositivos sensoriales diferentes para determinar la posición y orientación de un objeto. Los sensores más comunes son el giroscopio y el acelerómetro. Aunque tienen un propósito similar, miden cosas diferentes. Cuando se combinan en un solo dispositivo, pueden crear una gran variedad de información.

¿Qué es un giroscopio?

Un giroscopio es un dispositivo que utiliza la gravedad de la Tierra para ayudar a determinar la orientación. Su diseño consiste en un disco de rotación libre llamado rotor, montado en un eje giratorio en el centro de una rueda más grande y estable. A medida que el eje gira, el rotor permanece estacionario para indicar la atracción gravitacional central y, por lo tanto, hacia dónde está “abajo”.”

“Un tipo típico de giroscopio se hace suspendiendo un rotor relativamente masivo dentro de tres anillos llamados cardanes”, según una guía de estudio de la Universidad Estatal de Georgia. “El montaje de cada uno de estos rotores en superficies de cojinetes de alta calidad garantiza que se pueda ejercer muy poco par en el rotor interior.”

Los giroscopios fueron inventados y nombrados en el siglo XIX por el físico francés Jean-Bernard-Léon Foucault. No fue hasta 1908 que el inventor alemán H. Anschütz-Kaempfe desarrolló el primer girocompás viable, según la Enciclopedia Británica. Fue creado para ser utilizado en un sumergible. Luego, en 1909, se utilizó para crear el primer piloto automático.

¿Qué es un acelerómetro?

Un acelerómetro es un dispositivo compacto diseñado para medir la aceleración no gravitacional. Cuando el objeto en el que está integrado pasa de un punto muerto a cualquier velocidad, el acelerómetro está diseñado para responder a las vibraciones asociadas con dicho movimiento. Utiliza cristales microscópicos que sufren estrés cuando se producen vibraciones, y a partir de ese estrés se genera un voltaje para crear una lectura de cualquier aceleración. Los acelerómetros son componentes importantes de los dispositivos que rastrean el estado físico y otras mediciones en el auto-movimiento cuantificado.

El primer acelerómetro se llamó la máquina Atwood y fue inventado por el físico inglés George Atwood en 1783, según el libro “MEMS prácticos” de Ville Kaajakari.

Usos de un giroscopio o acelerómetro

La principal diferencia entre los dos dispositivos es simple: uno puede detectar la rotación, mientras que el otro no. En cierto modo, el acelerómetro puede medir la orientación de un elemento estacionario con relación a la superficie de la Tierra. Al acelerar en una dirección en particular, el acelerómetro es incapaz de distinguir entre eso y la aceleración proporcionada a través de la atracción gravitacional de la Tierra. Si tuviera en cuenta esta desventaja cuando se usa en un avión, el acelerómetro pierde rápidamente gran parte de su atractivo.

El giroscopio mantiene su nivel de eficacia al poder medir la velocidad de rotación alrededor de un eje en particular. Al medir la velocidad de rotación alrededor del eje de giro de una aeronave, identifica un valor real hasta que el objeto se estabiliza. Utilizando los principios clave del momento angular, el giroscopio ayuda a indicar la orientación. En comparación, el acelerómetro mide la aceleración lineal basada en la vibración.

El acelerómetro típico de dos ejes proporciona a los usuarios una dirección de gravedad en un avión, teléfono inteligente, automóvil u otro dispositivo. En comparación, un giroscopio está destinado a determinar una posición angular basada en el principio de rigidez del espacio. Las aplicaciones de cada dispositivo varían drásticamente a pesar de su propósito similar. Un giroscopio, por ejemplo, se utiliza en la navegación en vehículos aéreos no tripulados, brújulas y grandes embarcaciones, lo que en última instancia ayuda a la estabilidad en la navegación. Los acelerómetros están igualmente extendidos en su uso y se pueden encontrar en ingeniería, maquinaria, monitoreo de hardware, monitoreo de edificios y estructuras, navegación, transporte e incluso electrónica de consumo.

La aparición del acelerómetro en el mercado de la electrónica de consumo, con la introducción de dispositivos tan extendidos como el iPhone que lo utilizan para la aplicación compass incorporada, ha facilitado su popularidad general en todas las vías de software. Determinar la orientación de la pantalla, actuar como brújula y deshacer acciones simplemente agitando el teléfono inteligente son algunas de las funciones básicas que dependen de la presencia de un acelerómetro. En los últimos años, su aplicación entre la electrónica de consumo se extiende ahora a las computadoras portátiles personales.

Sensores en uso

El uso en el mundo real ilustra mejor las diferencias entre estos sensores. Los acelerómetros se utilizan para determinar la aceleración, aunque un acelerómetro de tres ejes podría identificar la orientación de una plataforma en relación con la superficie de la Tierra. Sin embargo, una vez que la plataforma comienza a moverse, sus lecturas se vuelven más complicadas de interpretar. Por ejemplo, en una caída libre, el acelerómetro mostraría aceleración cero. En un avión que realiza un ángulo de inclinación de 60 grados durante un giro, un acelerómetro de tres ejes registraría una aceleración vertical de 2 G, ignorando por completo la inclinación. En última instancia, un acelerómetro no se puede usar solo para ayudar a mantener las aeronaves adecuadamente orientadas.

Los acelerómetros se usan en una variedad de artículos electrónicos de consumo. Por ejemplo, entre los primeros teléfonos inteligentes en hacer uso de ella estaba el iPhone 3GS de Apple con la introducción de características como la aplicación compass y shake to undo, según Wired.

Se utilizaría un giroscopio en una aeronave para ayudar a indicar la velocidad de rotación alrededor del eje de giro de la aeronave. A medida que un avión rueda, el giroscopio medirá valores distintos de cero hasta que la plataforma se nivele, con lo cual leerá un valor cero para indicar la dirección de “abajo”.”El mejor ejemplo de lectura de un giroscopio es el indicador de altitud en aviones típicos. Está representado por una pantalla circular con la pantalla dividida por la mitad, la mitad superior es de color azul para indicar el cielo, y la parte inferior es roja para indicar el suelo. A medida que un avión se inclina por un giro, la orientación de la pantalla cambiará con el banco para dar cuenta de la dirección real del suelo.

El uso previsto de cada dispositivo influye en última instancia en su practicidad en cada plataforma utilizada. Muchos dispositivos se benefician de la presencia de ambos sensores, aunque muchos dependen del uso de uno solo. Dependiendo del tipo de información que necesite recopilar (aceleración u orientación), cada dispositivo proporcionará resultados diferentes.

Informe adicional de Alina Bradford, colaboradora de Live Science.

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