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[한 토막 과학상식]자이로스코프 정확도 4배 높이는 이론

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[한 토막 과학상식]자이로스코프 정확도 4배 높이는 이론

2021.11.23 13:22
GIST 제공
광주과학기술원(GIST) 제공

미사일이나 우주발사체, 잠수함 등의 자세 제어와 유지에 필수적인 장치인 자이로스코프의 정확도를 4배 높이는 이론이 개발됐다.

 

함병승 광주과학기술원(GIST) 전기전자컴퓨터공학부 교수 연구팀은 22일 파동 양자광학의 결과인 '결맞음 드브로이파(CBW)'를 가장 정확한 위치 제어 장치로 분류되는 샤낙자이로스코프에 적용한 퀀텀자이로스코프 이론을 공개했다.

 

자이로스코프는 회전체의 운동을 관찰하는 실험기구로 처음 개발됐다. 최근에는 미세전기기계시스템(MEMS) 기술을 적용해 초소형 전자부품으로도 생산된다. 스마트폰이나 태블릿 PC 등에 쓰이고 있다. 자이로센서 중에서는 빛이 간섭계에서 갈라지는 중 간섭계가 회전하면서 갈라진 빛 사이 위상차가 생기는 '샤낙 효과'를 활용한 샤낙자이로스코프가 가장 정확하다. 간섭계는 빛의 간섭 현상을 이용해 차이를 측정하는 광학계다.

 

연구팀은 결맞음 드브로이파를 활용해 기존 샤낙자이로스코프와 같은 구조를 가지면서도 중첩 마하젠더 간섭계 활용이 가능한 퀀텀자이로스코프를 제안했다. 결맞음 드브로이파는 양자를 파동 형태로 해석한 것으로 빛의 파동을 활용하는 간섭계에서 활용된다.   마하젠더 간섭계는 빛을 두 방향으로 가른 후 다시 중첩시켜 두 빛 사이 간섭현상을 보는 간섭계다. 연구팀은 레이저 빛을 그대로 활용하면서도 양자센싱 기술을 활용해 자이로스코프의 정확도를 4배 이상 높일 수 있다는 사실을 확인했다.


함 교수는 “기존 양자센싱에서는 다중포톤 얽힘쌍 확보가 미해결로 남아 양자센서 적용이 어려웠고 CBW 양자센서에서는 간섭계 왕복경로 채택으로 라이다(레이저 레이더)와 같이 빛반사에 기초한 단방향 적용이 어려웠다”며 “양방향 회전을 기본으로 하는 자이로스코프에서는 왕복경로 간섭계가 자동으로 구성돼 손쉽게 적용할 수 있었다”고 말했다. 양자센서는 양자 얽힘쌍이 여러개 있어야 정확성이 있는데 실제로 여러개 구현이 어렵다. 여기선 파동을 활용해서 개수 영향이 없다는 뜻이다. 

 

이 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 디바이스 앤드 인스트루멘테이션’에 3일 실렸다.

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