Acelerómetro vs. Giroscopio: ¿Cuál es la diferencia?
Se utilizan muchos dispositivos sensoriales diferentes para determinar la posición y la orientación de un objeto. Los más comunes de estos sensores son el giroscopio y el acelerómetro. Aunque tienen un propósito similar, miden cosas diferentes. Cuando se combinan en un solo dispositivo, pueden crear un conjunto de información muy potente.
¿Qué es un giroscopio?
Un giroscopio es un dispositivo que utiliza la gravedad de la Tierra para ayudar a determinar la orientación. Su diseño consiste en un disco que gira libremente, llamado rotor, montado en un eje que gira en el centro de una rueda más grande y estable. A medida que el eje gira, el rotor permanece inmóvil para indicar la atracción gravitatoria central y, por tanto, en qué dirección está «abajo».
«Un tipo típico de giroscopio se fabrica suspendiendo un rotor relativamente masivo dentro de tres anillos llamados cardanes», según una guía de estudio de la Universidad Estatal de Georgia. «El montaje de cada uno de estos rotores en superficies de rodamiento de alta calidad asegura que se pueda ejercer un par de torsión muy pequeño en el rotor interior.»
Los giroscopios fueron inventados y nombrados por primera vez en el siglo XIX por el físico francés Jean-Bernard-Léon Foucault. No fue hasta 1908 cuando el inventor alemán H. Anschütz-Kaempfe desarrolló el primer girocompás funcional, según la Enciclopedia Británica. Fue creado para ser utilizado en un sumergible. Luego, en 1909, se utilizó para crear el primer piloto automático.
¿Qué es un acelerómetro?
Un acelerómetro es un dispositivo compacto diseñado para medir la aceleración no gravitacional. Cuando el objeto en el que está integrado pasa de estar parado a cualquier velocidad, el acelerómetro está diseñado para responder a las vibraciones asociadas a dicho movimiento. Utiliza cristales microscópicos que se someten a tensión cuando se producen vibraciones, y a partir de esa tensión se genera un voltaje para crear una lectura sobre cualquier aceleración. Los acelerómetros son componentes importantes para los dispositivos que realizan un seguimiento de la aptitud física y otras mediciones en el movimiento propio cuantificado.
El primer acelerómetro se llamó máquina de Atwood y fue inventado por el físico inglés George Atwood en 1783, según el libro «Practical MEMS», de Ville Kaajakari.
Usos de un giroscopio o un acelerómetro
La principal diferencia entre ambos dispositivos es sencilla: uno puede percibir la rotación, mientras que el otro no. En cierto modo, el acelerómetro puede medir la orientación de un elemento estacionario con respecto a la superficie de la Tierra. Cuando se acelera en una dirección determinada, el acelerómetro no puede distinguir entre ésta y la aceleración proporcionada por la atracción gravitatoria de la Tierra. Si se tiene en cuenta esta desventaja cuando se utiliza en una aeronave, el acelerómetro pierde rápidamente gran parte de su atractivo.
El giroscopio mantiene su nivel de eficacia al ser capaz de medir la velocidad de rotación alrededor de un eje concreto. Al medir la tasa de rotación alrededor del eje de balanceo de una aeronave, identifica un valor real hasta que el objeto se estabiliza. Utilizando los principios clave del momento angular, el giroscopio ayuda a indicar la orientación. En comparación, el acelerómetro mide la aceleración lineal basada en la vibración.
El típico acelerómetro de dos ejes proporciona a los usuarios una dirección de la gravedad en un avión, smartphone, coche u otro dispositivo. En comparación, un giroscopio está destinado a determinar una posición angular basada en el principio de rigidez del espacio. Las aplicaciones de cada dispositivo varían drásticamente a pesar de que su finalidad es similar. Un giroscopio, por ejemplo, se utiliza en la navegación de vehículos aéreos no tripulados, brújulas y barcos de gran tamaño, ayudando en última instancia a la estabilidad en la navegación. Los acelerómetros tienen un uso igualmente extendido y pueden encontrarse en la ingeniería, la maquinaria, la supervisión de hardware, la supervisión de edificios y estructuras, la navegación, el transporte e incluso la electrónica de consumo.
La aparición del acelerómetro en el mercado de la electrónica de consumo, con la introducción de dispositivos tan extendidos como el iPhone que lo utilizan para la aplicación de brújula incorporada, ha facilitado su popularidad general en todas las vías del software. Determinar la orientación de la pantalla, actuar como brújula y deshacer acciones con sólo agitar el smartphone son algunas de las funciones básicas que dependen de la presencia de un acelerómetro. En los últimos años, su aplicación entre la electrónica de consumo se extiende ahora a los ordenadores portátiles personales.
Sensores en uso
El uso en el mundo real es el que mejor ilustra las diferencias entre estos sensores. Los acelerómetros se utilizan para determinar la aceleración, aunque un acelerómetro de tres ejes podría identificar la orientación de una plataforma con respecto a la superficie de la Tierra. Sin embargo, una vez que esa plataforma comienza a moverse, sus lecturas se vuelven más complicadas de interpretar. Por ejemplo, en una caída libre, el acelerómetro mostraría una aceleración nula. En un avión que realiza un ángulo de inclinación de 60 grados para un giro, un acelerómetro de tres ejes registraría una aceleración vertical de 2 G, ignorando por completo la inclinación. En definitiva, un acelerómetro no puede utilizarse por sí solo para ayudar a mantener las aeronaves correctamente orientadas.
Los acelerómetros, en cambio, se utilizan en una gran variedad de artículos electrónicos de consumo. Por ejemplo, uno de los primeros teléfonos inteligentes en utilizarlo fue el iPhone 3GS de Apple, con la introducción de funciones como la aplicación de brújula y la de agitar para deshacer, según Wired.
Un giroscopio se utilizaría en un avión para ayudar a indicar la tasa de rotación alrededor del eje de balanceo del avión. A medida que una aeronave rueda, el giroscopio medirá valores distintos de cero hasta que la plataforma se nivele, con lo que leería un valor cero para indicar la dirección de «abajo». El mejor ejemplo de lectura de un giroscopio es el del indicador de altitud de los aviones típicos. Está representado por una pantalla circular dividida por la mitad, siendo la mitad superior de color azul para indicar el cielo y la inferior de color rojo para indicar el suelo. Cuando una aeronave se inclina para girar, la orientación de la pantalla cambiará con la inclinación para tener en cuenta la dirección real del suelo.
El uso previsto de cada dispositivo influye en última instancia en su viabilidad en cada plataforma utilizada. Muchos dispositivos se benefician de la presencia de ambos sensores, aunque muchos dependen del uso de uno solo. Dependiendo del tipo de información que se necesite recoger -aceleración u orientación-, cada dispositivo proporcionará resultados diferentes.
Información adicional de Alina Bradford, colaboradora de Live Science.