انجینئرز نے دنیا کا سب سے چھوٹا لائٹ سینسنگ گائروسکوپ بنایا ہے جسے آسانی سے سب سے چھوٹی پورٹیبل جدید ٹیکنالوجی میں ضم کیا جا سکتا ہے۔
جائروسکوپس ہر اس ٹیکنالوجی میں عام ہیں جو ہم آج کے دور میں استعمال کرتے ہیں۔ گائروسکوپس گاڑیوں، ڈرونز اور الیکٹرانک آلات جیسے موبائل اور پہننے کے قابل آلات میں استعمال ہوتے ہیں کیونکہ یہ تین جہتی (3D) جگہ میں کسی آلے کی درست سمت جاننے میں مدد کرتے ہیں۔ اصل میں، ایک گائروسکوپ ایک پہیے کا ایک آلہ ہے جو پہیے کو مختلف سمتوں میں ایک محور پر تیزی سے گھومنے میں مدد کرتا ہے۔ ایک معیار آپٹیکل گائروسکوپ میں ایک سپولڈ آپٹیکل فائبر ہوتا ہے جس میں پلس لیزر لائٹ ہوتی ہے۔ یہ یا تو گھڑی کی سمت یا مخالف سمت میں چلتا ہے۔ اس کے برعکس، جدید دور کے جائروسکوپس سینسر ہیں، مثال کے طور پر موبائل فونز میں مائیکرو الیکٹرو مکینیکل سینسر (MEMS) موجود ہیں۔ یہ سینسر ان قوتوں کی پیمائش کرتے ہیں جو ایک جیسی ماس کی دو ہستیوں پر کام کرتی ہیں لیکن جو دو مختلف سمتوں میں ڈگمگا رہی ہیں۔
ساگناک اثر
سینسر اگرچہ اب بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں ان کی حساسیت محدود ہے اور اس طرح آپٹیکل جائروسکوپس کی ضرورت ہے. ایک اہم فرق یہ ہے کہ آپٹیکل گائروسکوپس اسی طرح کا کام انجام دینے کے قابل ہیں لیکن بغیر کسی حرکت پذیر حصوں کے اور زیادہ درستگی کے ساتھ۔ یہ Sagnac اثر کے ذریعے حاصل کیا جا سکتا ہے، ایک نظری رجحان جو کونیی رفتار میں تبدیلیوں کا پتہ لگانے کے لیے آئن سٹائن کے عمومی اضافیت کے نظریہ کو استعمال کرتا ہے۔ Sagnac اثر کے دوران، لیزر روشنی کی ایک شہتیر کو دو آزاد شہتیروں میں توڑ دیا جاتا ہے جو اب ایک گول راستے کے ساتھ مخالف سمتوں میں سفر کرتے ہوئے بالآخر ایک لائٹ ڈیٹیکٹر سے ملتے ہیں۔ یہ صرف اس صورت میں ہوتا ہے جب آلہ جامد ہو اور بنیادی طور پر اس وجہ سے کہ روشنی مستقل رفتار سے سفر کرتی ہے۔ تاہم، اگر آلہ گھوم رہا ہے، تو روشنی کا راستہ بھی گھوم جاتا ہے جس کی وجہ سے دو الگ الگ بیم مختلف ٹائم پوائنٹ پر لائٹ ڈیٹیکٹر تک پہنچ جاتے ہیں۔ اس مرحلے کی تبدیلی کو Sagnac Effect کہا جاتا ہے اور مطابقت پذیری میں اس فرق کو گائروسکوپ کے ذریعے ماپا جاتا ہے اور واقفیت کا حساب لگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
سگناک اثر سگنل میں شور کے لیے بہت حساس ہوتا ہے اور کوئی بھی اردگرد کا شور جیسے چھوٹے تھرمل اتار چڑھاؤ یا کمپن بیم کے سفر میں خلل ڈال سکتی ہے۔ اور اگر گائروسکوپ کافی چھوٹے سائز کا ہے تو اس میں خلل پڑنے کا زیادہ خطرہ ہوتا ہے۔ آپٹیکل گائروسکوپس ظاہر ہے کہ بہت زیادہ کارآمد ہیں لیکن آپٹیکل گائروسکوپ کو پیمانہ کرنا یعنی ان کے سائز کو کم کرنا اب بھی ایک چیلنج ہے، کیونکہ جیسے جیسے وہ چھوٹے ہوتے جاتے ہیں ان کے سینسر سے منتقل ہونے والا سگنل بھی کمزور ہو جاتا ہے اور پھر اس شور میں گم ہو جاتا ہے جو تمام بکھرے ہوئے ہوتے ہیں۔ روشنی یہ جائروسکوپ کو حرکت کا پتہ لگانے میں زیادہ دشواری کا سبب بنتا ہے۔ اس منظر نامے نے چھوٹے آپٹیکل گائروسکوپس کے ڈیزائن کو محدود کر دیا ہے۔ اچھی کارکردگی کا حامل سب سے چھوٹا گائروسکوپ کم از کم گولف بال کے سائز کا ہوتا ہے اور اس طرح چھوٹے پورٹیبل آلات کے لیے موزوں نہیں ہوتا۔
چھوٹے گائروسکوپ کے لیے نیا ڈیزائن
کیلیفورنیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی یو ایس اے کے محققین نے بہت کم شور کے ساتھ ایک آپٹیکل گائروسکوپ ڈیزائن کیا ہے جو ایم ای ایم ایس سینسرز کی بجائے لیزر کا استعمال کرتا ہے اور اس کے مساوی نتائج حاصل کرتے ہیں۔ ان کا مطالعہ شائع ہوا ہے۔ فطرت فوٹوونکس. انہوں نے ایک چھوٹی سی 2 مربع ملی میٹر سلکان چپ لی اور روشنی کی رہنمائی کے لیے اس پر ایک چینل نصب کیا۔ یہ چینل روشنی کو دائرے کے گرد ہر سمت سفر کرنے میں مدد کرتا ہے۔ انجینئرز نے دو ڈسکوں کا استعمال کرکے لیزر بیم کے راستے کو لمبا کرکے باہمی شور کو ختم کیا۔ جیسے جیسے شہتیر کا راستہ لمبا ہوتا جاتا ہے، شور کی مقدار برابر ہو جاتی ہے جس کے نتیجے میں دونوں شہتیروں کے ملنے پر درست پیمائش ہوتی ہے۔ یہ چھوٹے ڈیوائس کے استعمال کے قابل بناتا ہے لیکن پھر بھی درست نتائج کو برقرار رکھتا ہے۔ آلہ شور کی منسوخی میں مدد کے لیے روشنی کی سمت کو بھی الٹ دیتا ہے۔ اس جدید گائرو سینسر کا نام XV-35000CB ہے۔ بہتر کارکردگی 'باہمی حساسیت بڑھانے' کے طریقہ کار سے حاصل کی گئی۔ باہمی کا مطلب ہے کہ یہ روشنی کے دو آزاد شہتیروں کو ایک ہی انداز میں متاثر کر رہا ہے۔ Sagnac اثر ان دو شہتیروں کے درمیان تبدیلی کا پتہ لگانے پر مبنی ہے کیونکہ وہ مخالف سمتوں میں سفر کر رہے ہیں اور یہ غیر متضاد ہونے کے برابر ہے۔ روشنی منی آپٹیکل ویو گائیڈز کے ذریعے سفر کرتی ہے جو کہ چھوٹی نالی ہیں جو روشنی لے جاتی ہیں، برقی سرکٹ میں تاروں کی طرح۔ آپٹیکل راستے یا باہر کی مداخلت میں کوئی خامی دونوں بیموں کو متاثر کرے گی۔
باہمی حساسیت میں اضافہ سگنل ٹو شور کے تناسب کو بہتر بناتا ہے جس سے اس آپٹیکل جائروسکوپ کو ایک چھوٹی سی چپ پر ضم کیا جا سکتا ہے جو شاید انگلی کی نوک کے سائز کا ہو۔ یہ چھوٹا گائروسکوپ موجودہ آلات سے کم از کم سائز میں 500 گنا چھوٹا ہے لیکن موجودہ سسٹمز سے 30 گنا چھوٹے فیز شفٹوں کا کامیابی سے پتہ لگا سکتا ہے۔ یہ سینسر بنیادی طور پر سسٹمز میں کیمرے کی وائبریشن کو درست کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ گائروسکوپس اب مختلف شعبوں میں ناگزیر ہیں اور موجودہ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ چھوٹے آپٹیکل گائروسکوپس کو ڈیزائن کرنا ممکن ہے حالانکہ اس تجربہ گاہ کے ڈیزائن کو تجارتی طور پر دستیاب ہونے میں کچھ وقت لگ سکتا ہے۔
***
{آپ اصل تحقیقی مقالے کو ذیل میں دیے گئے DOI لنک پر کلک کر کے پڑھ سکتے ہیں جو حوالہ دیئے گئے ماخذ کی فہرست میں ہے}
ذرائع)
کھیال پی پی ایٹ ال 2018۔ نینو فوٹوونک آپٹیکل جائروسکوپ جس میں باہمی حساسیت کو بڑھانا ہے۔ فطرت فوٹوونکس. 12(11)۔ https://doi.org/10.1038/s41566-018-0266-5
***
