Alcelerómetro vs. Giroscópio: Qual é a Diferença?

Muitos dispositivos sensoriais diferentes são utilizados para determinar a posição e orientação de um objecto. Os mais comuns destes sensores são o giroscópio e o acelerómetro. Embora semelhantes no propósito, eles medem coisas diferentes. Quando combinados num único dispositivo, podem criar um conjunto muito poderoso de informação.

O que é um giroscópio?

Um giroscópio é um dispositivo que utiliza a gravidade da Terra para ajudar a determinar a orientação. A sua concepção consiste num disco de rotação livre chamado rotor, montado num eixo de rotação no centro de uma roda maior e mais estável. À medida que o eixo gira, o rotor permanece estacionário para indicar a tracção gravitacional central, e assim qual o caminho “para baixo”

“Um tipo típico de giroscópio é feito suspendendo um rotor relativamente maciço dentro de três anéis chamados gimbals”, de acordo com um guia de estudo da Georgia State University. “A montagem de cada um destes rotores em superfícies de suporte de alta qualidade assegura que muito pouco torque pode ser exercido no rotor interior”

Giroscópios foram inventados e nomeados pela primeira vez no século XIX pelo físico francês Jean-Bernard-Léon Foucault. Só em 1908 é que o inventor alemão H. Anschütz-Kaempfe desenvolveu a primeira bússola giroscópica funcional, segundo a Enciclopédia Britannica. Foi criada para ser utilizada num submersível. Depois, em 1909, foi utilizado para criar o primeiro piloto automático.

O que é um acelerómetro?

Um acelerómetro é um dispositivo compacto concebido para medir a aceleração não gravitacional. Quando o objecto em que está integrado vai de uma paragem a qualquer velocidade, o acelerómetro é concebido para responder às vibrações associadas a tal movimento. Utiliza cristais microscópicos que ficam sob tensão quando ocorrem vibrações, e a partir dessa tensão é gerada uma tensão para criar uma leitura em qualquer aceleração. Os acelerómetros são componentes importantes para dispositivos que rastreiam a aptidão física e outras medições no auto-movimento quantificado.

O primeiro acelerómetro foi chamado máquina Atwood e foi inventado pelo físico inglês George Atwood em 1783, de acordo com o livro “Practical MEMS”, de Ville Kaajakari.

Usos de um giroscópio ou acelerómetro

A principal diferença entre os dois dispositivos é simples: um pode sentir a rotação, enquanto que o outro não pode. De certa forma, o acelerómetro pode medir a orientação de um item estacionário em relação à superfície da Terra. Ao acelerar numa determinada direcção, o acelerómetro é incapaz de distinguir entre isso e a aceleração proporcionada pela tracção gravitacional da Terra. Se considerarmos esta desvantagem quando utilizado num avião, o acelerómetro perde rapidamente muito do seu apelo.

O giroscópio mantém o seu nível de eficácia ao ser capaz de medir a taxa de rotação em torno de um determinado eixo. Ao medir a taxa de rotação em torno do eixo de rotação de uma aeronave, identifica um valor real até que o objecto se estabilize. Utilizando os princípios-chave do momento angular, o giroscópio ajuda a indicar a orientação. Em comparação, o acelerómetro mede a aceleração linear com base na vibração.

O típico acelerómetro de dois eixos dá aos utilizadores uma direcção de gravidade numa aeronave, smartphone, carro ou outro dispositivo. Em comparação, um giroscópio destina-se a determinar uma posição angular com base no princípio da rigidez do espaço. As aplicações de cada dispositivo variam bastante drasticamente apesar da sua finalidade semelhante. Um giroscópio, por exemplo, é utilizado na navegação em veículos aéreos não tripulados, bússolas e barcos de grande porte, acabando por ajudar à estabilidade na navegação. Os acelerómetros são igualmente utilizados e podem ser encontrados na engenharia, maquinaria, monitorização de hardware, monitorização de edifícios e estruturas, navegação, transporte e mesmo electrónica de consumo.

O aparecimento do acelerómetro no mercado da electrónica de consumo, com a introdução de dispositivos tão generalizados como o iPhone que o utiliza para a aplicação de bússola incorporada, facilitou a sua popularidade geral em todas as avenidas de software. Determinar a orientação do ecrã, actuar como uma bússola e anular acções simplesmente abanando o smartphone são algumas das funções básicas que dependem da presença de um acelerómetro. Nos últimos anos, a sua aplicação entre a electrónica de consumo estende-se agora aos portáteis pessoais.

Sensores em uso

O uso no mundo real ilustra melhor as diferenças entre estes sensores. Os acelerómetros são utilizados para determinar a aceleração, embora um acelerómetro de três eixos possa identificar a orientação de uma plataforma em relação à superfície terrestre. Contudo, uma vez que essa plataforma começa a mover-se, as suas leituras tornam-se mais complicadas de interpretar. Por exemplo, numa queda livre, o acelerómetro mostraria uma aceleração zero. Numa aeronave com um ângulo de inclinação de 60 graus para uma curva, um acelerómetro de três eixos registaria uma aceleração vertical de 2-G, ignorando por completo a inclinação. Em última análise, um acelerómetro não pode ser utilizado sozinho para ajudar a manter as aeronaves devidamente orientadas.

Acelerómetros, em vez disso, encontram utilização numa variedade de artigos electrónicos de consumo. Por exemplo, entre os primeiros smartphones a fazer uso dele estava o iPhone 3GS da Apple com a introdução de características como a aplicação de bússola e agitação para desfazer, de acordo com Wired.

Um giroscópio seria usado numa aeronave para ajudar a indicar a taxa de rotação em torno do eixo de rotação da aeronave. Como rolo de avião, o giroscópio medirá valores não nulos até os níveis da plataforma se esgotarem, após o que leria um valor zero para indicar a direcção de “para baixo”. O melhor exemplo de leitura de um giroscópio é o do indicador de altitude em aeronaves típicas. É representado por um visor circular com o ecrã dividido ao meio, sendo a metade superior de cor azul para indicar o céu, e a metade inferior de cor vermelha para indicar o solo. Como um banco de aeronaves para uma curva, a orientação do visor deslocar-se-á com o banco para indicar a direcção real do solo.

O uso pretendido de cada dispositivo influencia em última análise a sua praticidade em cada plataforma utilizada. Muitos dispositivos beneficiam da presença de ambos os sensores, embora muitos dependam da utilização de apenas um. Dependendo do tipo de informação a recolher – aceleração ou orientação – cada dispositivo fornecerá resultados diferentes.

Relato adicional por Alina Bradford, colaboradora da Live Science.