盖世汽车讯 据外媒报道，新加坡科技研究局量子创新中心（A*STAR Q.InC），隶属于半导体研究、创新与企业旗舰计划（RIE），其研究人员开发出一种毫米级悬浮转子，该转子在驱动装置关闭后仍能持续旋转超过10小时，实现了同等尺寸机械转子中最低的能量损失。

图片来源：A*STAR Q.InC

该团队利用这一平台展示了商用级陀螺仪的灵敏度，为精密传感技术奠定了基础，这些技术有望在GPS信号无法覆盖的区域（例如地下或水下）提供导航支持。

这项发表在期刊《自然通讯（Nature Communications）》上的研究，为长期存在的抗磁悬浮难题提供了一种解决方案，并为超灵敏传感技术建立了一个全新的平台。

旋转对称性实现极低能量损耗

能量损耗极低的机械系统能够探测到极其微弱的力和运动，因此可用于精密传感。虽然悬浮技术消除了物理接触摩擦，但抗磁悬浮技术历来受限于涡流阻尼——一种会耗散能量并减缓运动的机制。

A*STAR Q.InC团队利用旋转对称性克服了这一挑战。当转子绕其中心轴旋转时，它在每次旋转过程中几乎都处于相同的磁场中，从而极大地抑制了原本会使其减速的涡流。因此，转子旋转运动的能量损耗比其横向和垂直运动的能量损耗慢约10万倍。

这使得该团队实现了3.85微赫兹的耗散率，这是毫米级机械转子迄今为止报道的最低值。

“尽管大型转子能够更有效地与微弱信号相互作用，但长期以来，实现极低的能量损耗一直是一个挑战，”A*STAR Q.InC科学家、该研究的首席研究员陈先峰博士表示，“我们的工作克服了这一难题，为推进精密传感和探索大型机械系统中的量子行为建立了一个平台。”

长时间旋转实现商用级陀螺仪灵敏度

陀螺仪是惯性导航系统的核心组件，即使在GPS信号不可用的情况下，也能使车辆跟踪姿态变化。然而，其性能很大程度上取决于核心旋转元件的稳定性。因此，更稳定的陀螺仪可以帮助车辆在没有外部信号的情况下更长时间地精确导航。

研究团队利用实时控制和精确施加的静电力，将转子加速到每分钟930转。在高真空环境下，即使驱动装置关闭，转子仍持续旋转超过10小时。

由此产生的稳定性使该平台能够检测到低至每秒0.0065度的旋转，使其灵敏度达到商用级水平。模型进一步表明，通过进一步开发，其灵敏度有望达到要求更高的导航级水平，并有望应用于自主水下航行器和其他GPS信号受限的运行环境。

在新加坡构建未来传感能力

该平台由A*STAR Q.InC牵头研发，融合了四项鲜少在单一系统中实现的卓越能力：毫米级被动悬浮、室温运行、高转速以及在该尺度下创纪录的低旋转能量损失。

“这项工作展现了基础科学的进步如何为新加坡建立具有战略意义的重要能力，”A*STAR首席量子科学家、A*STAR Q.InC负责人Lam Ping Koy教授表示。“通过整合A*STAR及新加坡更广泛的量子研究生态系统在先进控制、悬浮物理、精密工程和传感方面的专业知识，我们正在为未来技术奠定基础，这些技术有望满足导航及其他领域的实际需求。”

该团队下一步将提高转子的转速，增强其稳定性，并使支撑系统更加紧凑。其长期目标是开发一种经济实惠、具有商业可行性的传感器平台，用于实际导航应用。