segunda-feira, 12 de outubro de 2015

Giroscópio clássico e Giroscópio MEMS

Giroscópio clássico e Giroscópio MEMS

O giroscópio clássico é um objeto intrigante, move-se de forma peculiar e parece desafiar a gravidade. Devido seu comportamento, o giroscópio se tornou um objeto extremamente importante e seus princípios são usados em sistemas de navegação avançados como naves espaciais, celulares, bússola, sistemas de localização, satélites, e muitos outros. Um avião em média usa uma dúzia de giroscópios, desde uma bússola até um piloto automático. Outro exemplo é a estação espacial Russa Mir, que usava 11 giroscópios para manter sua orientação com o sol, e o telescópio espacial Hubble que possui também muitos giroscópios. O efeito giroscópio também é bastante evidente em vários brinquedos como ioiôs, frisbees, bicicletas...


Vídeo: Giroscópio clássico de uso educacional:



Basicamente, um giroscópio clássico é composto por uma ou mais rodas livres (discos, rotores...), em perfeito balanceamento. Este tipo de giroscópio, ao girar em alta velocidade, mantém de acordo com as leis de Newton a orientação de seu eixo de rotação apontando sempre para um mesmo ponto no espaço, exceto quando perturbado por uma força externa como a gravidade ou o atrito.

Os giroscópios podem ser construídos para girarem em qualquer direção e com a característica de se opor a qualquer tentativa de mudar sua direção original. Um exemplo clássico, além do vídeo, é a reação gerada ao tentar girar a roda de uma bicicleta no ar e mudar a direção de seu eixo bruscamente.

Aplicação usando o princípio do giroscópio e do pêndulo invertido:



O giroscópio clássico explora a lei da conservação do momento angular, que, simplesmente, diz que o momento angular total do sistema é constante tanto em magnitude e direção, se o torque externo resultante agindo sobre o sistema for nulo.

Neste momento você deve estar olhando para seu celular e procurando um giroscópio como o do vídeo ou se perguntando o motivo de eu ter postado um vídeo assim nessa página, não é mesmo? Mas calma. O objetivo é falar de outra coisa, ou melhor, da mesma coisa, mas de forma diferente.

Giroscópios MEMS:

Giroscópio MEMS

Os giroscópios presentes em celulares, GPS, sensores... não são iguais ao do vídeo, são dispositivos minúsculos, menores que um ácaro e são encapsulados em formatos de chips. Estes chips usam um tecnologia chamada de MEMS, Micro-Electro-Mechanical Systems, compostos por dispositivos mecânicos, eletrônicos, atuadores e sensores, tudo em um pequeno chip de silício, ou seja, existe uma parte mecânica que se comporta igual ao vídeo, só que interage com diversos sensores e dispositivos eletrônicos que conseguem captar todas informações de giro e transmiti-las de forma digital para um determinado sistema. São estes chips que são usados nas diversas aplicações modernas, e não um simples giroscópio igual ao do vídeo. No entanto, o princípio é o mesmo em ambos.

Existem diversas soluções em MEMS, o giroscópio é apenas uma delas. Na foto abaixo é possível ver o IDG300, um giroscópio de dois eixos em tecnologia MEMS.

Giroscópio MEMS


Os giroscópios MEMS conseguem determinar as velocidades angulares do corpo ao qual estão fixados e, portanto, a orientação do objeto ou veículo em relação à sua  trajetória. Com os dados obtidos do giroscópio MEMS e de um Acelerômetro MEMS -  dispositivo que consegue determinar as acelerações do centro de massa de um determinado objeto - e as equações de movimento  dadas pelas  leis  de  Newton, é possível calcular a trajetória de um determinado objeto ou veículo em tempo real, saber sua posição e atitude (É atitude mesmo), e efetuar ajustes necessários. Na foto a seguir é possível ver a estrutura microscópica do giroscópio MEMS L3G4200D.

Estrutura microscópica de um giroscópio MEMS


Para saber mais sobre esses Giroscópios com tecnologia MEMS, confira este relatório técnico-científico feito por Neisy Forhan para o INPE. Clique aqui!

Se ficou interessado no giroscópio do primeiro vídeo, é possível comprar um neste link:

   Giroscópio educacional clássico (Aliexpress frete grátis). 

É possível também comprar acelerômetros e giroscópios em tecnologia MEMS para usar juntamente com Arduino, PIC, Raspberry PI, entre outro. Confira os links:

   Giroscópio e Acelerômetro (MPU 9255).
   Giroscópio e Acelerômetro 3 eixos outros modelos.

Saiba mais sobre os giroscópios e os MEMS em geral, visitando os links:

   http://www2.dem.inpe.br/mcr/Inpe/CMC-213-3/pdf/Aula19.pdf
   http://www.gta.ufrj.br/grad/04_2/ComOpticos/mems.html
Sobre: Fellipe Bastos (Catrak)

Fellipe Bastos: Mineiro, graduado em Ciência e Tecnologia, programador C/C++ e Engenheiro Eletricista em formação. Tem interesse pelas áreas da robótica, eletrônica de potência, sistemas de controle e afins.

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