Этот чип - миниатюрная навигационная система, состоящая из семи разных устройств.
Вооруженные силы различных стран, транспортные организации и морские суда в большинстве случаев используют навигационные системы на базе американской Системы Глобального Позиционирования (Global Positioning System, GPS). Система GPS позволяет достаточно точно установить местоположение, используя специализированный чип-приемник спутниковых сигналов и достаточно простой микропроцессор, что сделало спутниковую навигацию доступной для любого желающего в настоящее время. Но что произойдет, если внезапно спутники GPS выйдут из строя или станут недоступны в результате электронной атаки противника? Отсутствие GPS-навигации вызовет некоторые неудобства для водителей на дороге, но для военных потеря способности оперативного ориентирования на местности это может быть равнозначна поражению. Поэтому множество научных организаций, в том числе и Управление перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA, работают над созданием навигационных систем, способных работать в автономном режиме, не используя никаких внешних сигналов.
Исследователи из Мичиганского университета, работающие по заказу управления DARPA, добились значительных успехов в разработке временно-инерционной навигационной однокристальной системы (timing & inertial measurement unit, TIMU), которая содержит все необходимое для определения местоположения в то время, когда сигналы системы GPS временно недоступны. Миниатюрная однокристальная навигационная система, опытный образец которой показан на вышеприведенном снимке, содержит три гироскопа, три акселерометра и схему чрезвычайно точных часов.
Все эти устройства, часы, гироскопы и акселерометры, материалы и инженерные решения были созданы ранее в рамках DARPA под названием Micro-PNT (Micro-Technology for Positioning, Navigation and Timing), основной целью реализации которой является разработка различных узлов, технологий, производственных методов и новых материалов для создания высокоточных инерционных навигационных систем нового поколения.
Все три типа данных, которые вырабатывают датчики устройств однокристальной навигационной системы, ориентация в пространстве, ускорение и время, обеспечивают очень точное определение местоположения транспортного средства, начавшего свое движение из пункта с известными заранее координатами.
Высокий уровень миниатюризации и интеграции разнородных устройств в пределах одного чипа достигнут за счет использования новейших методов производства элементов чипов и инновационных материалов. Помимо этого, все датчики навигационного чипа, включая инерционные датчики и часы реального времени, упакованы в трехмерном пространстве, занимая всего 10 кубических миллиметров объема чипа. Каждый из шести слоев чипа имеет толщину около 50 микрон, что приблизительно равно толщине человеческого волоса, и каждый из этих слоев выполняет свою отдельную функцию, которые в конце концов обеспечивают работу инерционной навигационной системы.
"Структура слоев датчиков и общая объединяющая их конструкция изготовлены из чистого кварца" - рассказывает Андрей Шкел (Andrei Shkel), куратор программы Micro-PNT со стороны Micro-PNT, - "Прочность и низкие температурные коэффициенты этого материала делают его идеальным материалом для объединения в единое целое таких сложных устройств. Получившийся у нас навигационный чип имеет такие маленькие габариты, что его можно будет использовать не только в составе обычных навигационных систем, но и для управления движением относительно небольших боеприпасов, снарядов и ракет, и даже миниатюрных роботов военного назначения".