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Optisches Gyroskop mit rotierendem Licht

04.11.2018

Gyroskope sind Geräte, mit denen unbemannte Fahrzeuge, Flugzeuge und tragbare elektronische Geräte ihre Orientierung im dreidimensionalen Raum bestimmen.

Die ersten Gyroskope basierten auf massiven Scheiben, die sich mit hoher Geschwindigkeit um ihre Achse drehten, aber wenn Sie ein modernes Mobiltelefon öffnen, können Sie sehen, dass die Größe der Gyroskope auf die Größe eines winzigen Chips reduziert wurde. Möglich wurde dies durch den Einsatz eines mikroelektromechanischen Sensors (MEMS), der die Kräfte misst, die auf zwei sich gegenläufig bewegende Objekte gleicher Masse wirken. MEMS-Gyroskope haben jedoch aufgrund ihrer teilweise mechanischen Natur eine Reihe von Einschränkungen, einschließlich der Empfindlichkeit, weshalb Wissenschaftler optische Versionen von Gyroskopen entwickelt haben, die die gleiche Funktion wie MEMS-Gyroskope erfüllen.

Optische Gyroskope, die aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit keine beweglichen mechanischen Teile haben, bieten eine größere Genauigkeit bei der Messung der Position im Raum unter Verwendung des Sagnac-Effekts, der seinen Namen zu Ehren des französischen Physikers Georges Sagnac (Georges Sagnac) erhielt. Dieser Effekt steht in direktem Zusammenhang mit der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein, und um ihn zu reproduzieren, wird ein Lichtstrahl in zwei Strahlen aufgeteilt, die sich entlang eines geschlossenen kreisförmigen Lichtleiters in entgegengesetzte Richtungen bewegen.

Durch eine Positionsänderung des Sensors, bzw. eine Drehung um die Bewegungsachse der Lichtstrahlen, wird ein Strahl mit einem leichten Vorlauf vor dem sensitiven Element vorbeigeführt. Unter Verwendung von drei Ringfasern, deren Achsen mit den Achsen des dreidimensionalen Raums zusammenfallen, kann die aktuelle räumliche Orientierung des gesamten Sensors berechnet werden.

Die bis vor kurzem hergestellten hochpräzisen optischen Gyroskope hatten eine Größe, die mit der Größe eines Golfballs vergleichbar war, was ihre Verwendung in tragbaren elektronischen Geräten unmöglich machte. Aber kürzlich hat eine Gruppe von Ingenieuren und Wissenschaftlern des California Institute of Technology erfolgreich ein Problem gelöst, das lange ein Hindernis für die Miniaturisierung optischer Gyroskope war. Das Ergebnis ihrer Arbeit war ein optisches Gyroskop, das 500-mal kleiner ist als vergleichbare Gyroskope der vorherigen Generation, und die Sensorelemente des neuen Geräts können 30-mal weniger Änderungen der Lichtphase registrieren als ältere Geräte.

Die Möglichkeit einer solchen kardinalen Miniaturisierung des optischen Gyroskops wurde durch den Einsatz einer neuen Technologie der "gegenseitigen Empfindlichkeitssteigerung" möglich.

Der Begriff „reziprok“ zeigt an, dass die Technologie beide Lichtstrahlen beeinflusst, um die nachteiligen Auswirkungen von thermischem Rauschen, Lichtstreuungseffekten in Wellenleitern und anderen Umgebungsinterferenzen zu kompensieren. Diese "gegenseitige Erhöhung der Empfindlichkeit" ermöglichte es, das Signal-Rausch-Verhältnis um ein Vielfaches zu erhöhen, was wiederum eine Verringerung der Größe der Wellenleiter und eine Verringerung der Größe des optischen Kreisels als Ganzes ermöglichte eine Größe, die mit der Größe eines Reiskorns vergleichbar ist.

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Experimentelle Unterwasser-Rechenzentren von Microsoft 20.09.2020

Microsoft hat das Project Natik-Experiment abgeschlossen, bei dem Rechenzentren unter Wasser gesetzt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass dieses Betriebsmodell nicht nur praktikabel, sondern auch zuverlässiger als terrestrische Rechenzentren ist. Techcrunch schreibt darüber.

Das Projekt Natik zielt darauf ab, die Probleme beim Standort von Rechenzentren in Küstengebieten auf der ganzen Welt zu lösen. Dies kann das Problem der Skalierung des Netzwerks und der Verbesserung seiner Leistung lösen, während die Wartungskosten der Geräte niedrig gehalten werden.

Das Unternehmen entfernte das Unterwasser-Rechenzentrum zu Beginn des Sommers, woraufhin Experten begannen, die Ausrüstung und die Luft im Inneren zu untersuchen. Die Unterwasserserver zeigten nicht nur eine gute Leistung, sondern erwiesen sich auch als achtmal zuverlässiger als die terrestrischen. Forscher wissen noch nicht, woran das liegt, wollen es aber finden und die notwendigen Verbesserungen an Land umsetzen.

Darüber hinaus stellten Experten die erhöhte Energieeffizienz von Unterwasser-Rechenzentren fest. Ihr Standort ermöglicht es Ihnen, Energie bei der künstlichen Kühlung von Servern zu sparen. Dies ist besonders wichtig für Regionen mit schwacher Energieinfrastruktur. Beispielsweise werden auf den Orkney-Inseln (Schottland) hauptsächlich erneuerbare Energiequellen genutzt – Wind und Sonne, die für ein bodengestütztes Rechenzentrum nicht ausreichen.

In Zukunft beabsichtigt Microsoft, das Problem der Vergrößerung von Servern zu untersuchen und sie zu kombinieren, um die Fähigkeiten zu erweitern.

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