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In a high-vacuum chamber in Singapore, a graphite rotor floats above permanent magnets as lasers and electrodes track its motion. When ASTAR researchers switched off the drive, the millimeter-scale rotor kept spinning for more than 10 hours*—a new low-energy-loss benchmark for a mechanical rotor of its size.
Dans une chambre à vide poussé à Singapour, un rotor de graphite flotte au-dessus d’aimants permanents tandis que des lasers et des électrodes suivent ses mouvements. Lorsque les chercheurs d’ASTAR ont coupé l’entraînement, le rotor millimétrique a continué de tourner pendant plus de 10 heures* — un nouveau record de faible perte d’énergie pour un rotor mécanique de cette taille.
The obstacle was not friction at a bearing: there was no bearing touching the rotor. Diamagnetic levitation has instead been held back by eddy-current damping, in which magnetic effects drain energy from motion. The A*STAR Quantum Innovation Center team used rotational symmetry to reduce that loss. As the rotor turned around its central axis, it encountered almost the same magnetic field on every rotation, suppressing the currents that would otherwise slow it down.
L’obstacle n’était pas le frottement sur un palier : aucun palier ne touchait le rotor. La lévitation diamagnétique était plutôt limitée par l’amortissement dû aux courants de Foucault, un phénomène par lequel les effets magnétiques dissipent l’énergie du mouvement. L’équipe du Centre d’innovation quantique d’A*STAR a utilisé la symétrie de rotation pour réduire cette perte. Lorsque le rotor tournait autour de son axe central, il rencontrait presque le même champ magnétique à chaque rotation, ce qui supprimait les courants qui auraient autrement ralenti son mouvement.
The result was a rotational dissipation rate of 3.85 microhertz. Energy loss in the rotor's spinning motion was around 100,000 times slower than in its sideways and vertical movements. That stability gave the researchers enough time to use the device as a gyroscope, a sensor that measures changes in orientation.
Le résultat a été un taux de dissipation rotationnelle de 3,85 microhertz. La perte d’énergie liée au mouvement de rotation du rotor était environ 100 000 fois plus lente que celle de ses mouvements latéral et vertical. Cette stabilité a laissé aux chercheurs suffisamment de temps pour utiliser le dispositif comme gyroscope, un capteur qui mesure les changements d’orientation.
The system reached 930 revolutions per minute and detected rotations as slow as 0.0065 degrees per second, placing its sensitivity within the commercial-grade range. The study, published in Nature Communications, says modeling points toward the more demanding navigation-grade range with further development.
Le système a atteint 930 tours par minute et détecté des rotations aussi lentes que 0,0065 degré par seconde, plaçant sa sensibilité dans la plage des performances de niveau commercial. L’étude, publiée dans Nature Communications, indique que les modélisations ouvrent la voie à la plage plus exigeante des performances requises pour la navigation, moyennant de nouveaux développements.
So what changes in practice? A stable gyroscope could help vehicles maintain accurate orientation underground, underwater or in other places without GPS signals. The immediate beneficiaries would be systems such as autonomous underwater vehicles, but the device is not yet a field-ready product: A*STAR says the next steps are higher speed, better stability, more compact support hardware and a commercially viable sensor platform.
Qu’est-ce qui change en pratique ? Un gyroscope stable pourrait aider les véhicules à conserver une orientation précise sous terre, sous l’eau ou dans d’autres endroits dépourvus de signaux GPS. Les premiers bénéficiaires seraient des systèmes comme les véhicules sous-marins autonomes, mais le dispositif n’est pas encore un produit prêt à être déployé sur le terrain : A*STAR indique que les prochaines étapes consistent à augmenter la vitesse, améliorer la stabilité, rendre les équipements de support plus compacts et développer une plateforme de capteur commercialement viable.