ทีมนักวิจัยจาก French National Centre for Scientific Research (CNRS) ได้พัฒนาเซ็นเซอร์วัดอัตราเร่งแบบ 3 มิติชนิดใหม่ที่อาศัยเลเซอร์และอะตอมของ rubidium (Rb) ที่เย็นจัดจนสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของอัตราเร่งได้อย่างแม่นยำทั้ง 3 มิติ จนสามารถนำมาใช้ติดตามการเคลื่อนที่ของวัตถุและยานพาหนะได้แม่นยำถึงขนาดที่สามารถใช้งานกับระบบนำทางโดยไม่ต้องอาศัยการระบุพิกัดด้วยดาวเทียม

ทุกวันนี้เซ็นเซอร์อัตราเร่งชนิดที่ใช้กันนั้นเป็นเซ็นเซอร์แบบเชิงกล ซึ่งก็สามารถนำมาคำนวณเพื่อติดตามการเคลื่อนของวัตถุหรือยานพาหนะและระบุตำแหน่งของสิ่งที่มันใช้ติดตามการเคลื่อนที่ได้ ทว่าความแม่นยำของมันนั้นยิ่งใช้งานไปนานยิ่งทำให้การระบุพิกัดคลาดเคลื่อนผิดไปได้ถึงระดับกิโลเมตร ดังนั้นแล้วการระบุพิกัดตำแหน่งของสิ่งของหรือพาหนะในปัจจุบันจึงอาศัยการสื่อสารกับดาวเทียมระบุพิกัดเช่นระบบ GPS ของสหรัฐอเมริกา เพื่อให้การระบุตำแหน่งแม่นยำถูกต้อง

อย่างไรก็ตามใช่ว่าทุกที่และทุกเวลาบนโลกนี้จะสามารถรับสัญญาณจากดาวเทียมระบุพิกัดได้ ในบางครั้งสัญญาณดาวเทียมอาจโดนรบกวนจากคลื่นสัญญาณอื่นๆ หรือบางทีก็ขัดข้องโดยที่ไม่สามารถระบุสาเหตุได้แน่ชัด (ดังเช่นในกรณีที่สัญญาณ GPS บริเวณรอบสนามบินในสหรัฐฯ ขัดข้องนานข้ามวัน) และยิ่งสำหรับพาหนะอย่างเรือดำน้ำแล้วยิ่งเป็นเรื่องยากซับซ้อนที่จะรับสัญญาณดาวเทียมระบุพิกัด ดังนั้นการพัฒนาเซ็นเซอร์วัดอัตราเร่งของ CNRS จึงมีประโยชน์อย่างมากสำหรับสถานการณ์เช่นที่ว่านี้

เซ็นเซอร์ของ CNRS ใช้แสงเลเซอร์ยิงไปที่อะตอมธาตุ rubidium ที่ถูกทำให้เย็นลงจนมีการเคลื่อนไหวเปลี่ยนแปลงช้าลง ในสภาพดังกล่าวอะตอมเหล่านั้นจะมีพฤติกรรมเหมือนคลื่นแสงที่มีรูปแบบเฉพาะของการแทรกสอดในระหว่างที่มันเคลื่อนไหว และจุดนี้เองที่มีการใช้แสงเลเซอร์เพื่อตรวจสอบรูปแบบการแทรกสอดที่เกิดขึ้นจนทำให้สามารถรับรู้การเคลื่อนที่ของตัวเซ็นเซอร์ได้ว่ามีการเคลื่อนไหวในทิศทางใด

ขนาดของเซ็นเซอร์ที่ทีมวิจัยสร้างขึ้นนั้นเป็นกล่องที่มีขนาดใกล้เคียงกับเครื่องแลปท็อป ภายในมีอุปกรณ์เลเซอร์ติดตั้งไว้ทั้ง 3 แนวแกนเพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของอะตอมธาตุ rubidium ที่ถูกกักเก็บอยู่ในกล่องแก้วและถูกทำให้เย็นลงจนมีอุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่งจากการทดสอบของทีมวิจัยพบว่าเซ็นเซอร์วัดอัตราเร่งที่พวกเขาพัฒนาขึ้นใหม่นี้มีความแม่นยำในการตรวจวัดข้อมูลเหนือกว่าเซ็นเซอร์ทั่วไปที่ใช้งานกันอยู่ 50 เท่า

ด้วยขนาดของมันทำให้การใช้งานเซ็นเซอร์วัดอัตราเร่งแบบใหม่นี้ยังไม่สามารถติดตั้งลงในอุปกรณ์พกพาอย่างสมาร์ทโฟนได้ แต่ทว่ามันสามารถนำไปติดตั้งใช้งานในเรือเดินสมุทรหรือเรือดำน้ำได้ หรือหากจะนำไปประยุกต์ใช้เพื่อการศึกษาทางภูมิศาสตร์เพื่อค้นหาแหล่งแร่ก็ได้เช่นกันโดยอาศัยจากการสังเกตค่าของแรงโน้มถ่วงที่เปลี่ยนไปในแต่ละพื้นที่ซึ่งทำการตรวจวัด ทั้งนี้แรงโน้มถ่วงแต่ละจุดบนโลกนี้อาจแตกต่างกันได้ ขึ้นอยู่กับระดับความสูงรวมทั้งแร่ธาตูที่อยู่ในบริเวณนั้น ทว่าความแตกต่างของแรงโน้มถ่วงอันเนื่องมาจากปริมาณแร่ธาตุสะสมในพื้นที่แต่ละแห่งนั้นอาจน้อยมากจนเซ็นเซอร์ทั่วไปยากจะแยกแยะได้

ผู้ที่สนใจงานพัฒนาเซ็นเซอร์วัดอัตราเร่งแบบควอนตัมของ CNRS นี้สามารถอ่านรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่นี่

หน้าจอระบบนำทางที่ใช้ในเรือพาณิชย์ (ที่มาภาพ: Hervé Cozanet, CC BY-SA 3.0)

ที่มา - Interesting Engineering