- تعمل Nitride Global على تطوير مستشعر كمّي بحجم سنتيمترات لمعالجة مشكلة الملاحة في غياب إشارات GPS.
- سيُقيَّم المشروع جدوى مستشعر كمّي دقيق مبني على رقائق ذرية تعمل بالموجات الميكروية، بدعم من عقد مع سلاح الجو الأمريكي.
- تهدف بنية A-MAC إلى دمج الروابط الميكروية ضمن لوحة دوائر واحدة، مما يعزز إمكانية التصغير.
- يمكن أن تشمل تطبيقات هذه التقنية الطائرات الأسرع من الصوت، والطائرات المسيّرة، والمركبات ذاتية القيادة.
أعلنت شركة Nitride Global، الأمريكية المتخصصة في تطوير المواد المتقدمة لإدارة الحرارة والعوازل وأشباه الموصلات، أنها ستعمل على تطوير مستشعر كمّي بحجم سنتيمترات يهدف إلى دعم الملاحة في البيئات التي يتعذر فيها استقبال إشارات GPS. وأعلنت الشركة في 14 سبتمبر أنها حصلت على عقد من المرحلة الأولى لبرنامج أبحاث الابتكار للشركات الصغيرة التابع لـ AFWERX في وزارة القوات الجوية الأمريكية. وسيركز المشروع على تقييم جدوى مستشعر كمّي دقيق مبني على رقائق ذرية تعمل بالموجات الميكروية، وذلك في مجالي الملاحة الدقيقة وقياس الجاذبية عن بُعد. وستُستخدم منصة أكسيد الألومنيوم والنيتريد (AlON) التابعة لـ Nitride Global لتقييم هذا الجهاز الذي يحمل اسم "الرقاقة الذرية الموجية الميكروية التداخلية" (A-MAC).
الملاحة دون أقمار اصطناعية
مواجهة تحدي انعدام إشارات GPS
يتناول المشروع التحديات التي تواجهها القوات الجوية وحراس الفضاء في البيئات التي قد تتعرض فيها إشارات GPS للتشويش أو الخداع أو تنعدم فيها تمامًا. إذ تتراكم الأخطاء في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي التقليدية مع مرور الوقت، ويؤدي غياب التحديثات الدورية عبر الأقمار الاصطناعية إلى تزايد عدم اليقين في تحديد الموقع، مما يُقيّد مدة ومسافة عمل المنصات بشكل مستقل. وتوفر المقاييس التداخلية الذرية بديلاً محتملًا، إذ يمكنها قياس التسارع والدوران بالاعتماد على الطول الموجي لموجات المادة. وتقول Nitride Global إن هذه الأنظمة تُعد من بين أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي الأكثر استقرارًا التي تم تقديمها حتى الآن.
غير أن معظم الأنظمة الرائدة لا تزال تتطلب مساحة تتجاوز مترًا واحدًا على طاولة المختبر. ووفقًا للشركة، فإن العقبة الرئيسية أمام التصغير تكمن في مواد التغليف لا في الفيزياء الأساسية لها.
دمج العتاد الميكرووي في لوحة دوائر واحدة
دمج العتاد الميكرووي
تهدف بنية A-MAC التابعة لـ Nitride Global إلى دمج سلسلة من الروابط الميكروية المتفرقة ضمن لوحة دوائر مدمجة واحدة. وستتيح مادة AlON العازلة الرقيقة والقابلة للتشكيل وفق الأسطح المنحنية وضع توجيه الموجات الميكروية، وهياكل الاقتران، وهندسة الاحتجاز ضمن الكومة نفسها. وستُجرى عملية التخلص من الحرارة عبر توصيلها عبر المعدن إلى الخارج بدلاً من الاعتماد على ركائز خزفية كبيرة. والهدف هو إنشاء بنية بحجم سنتيمترات، ملائمة للمنصات ذات المتطلبات الصارمة من حيث الحجم والوزن والطاقة. وستتعاون Nitride Global مع الدكتور Seth Aubin، أستاذ الفيزياء المشارك في كلية William & Mary.
ستشارك مجموعة Aubin للفيزياء الذرية بصفتها مقاولًا من الباطن وشريكًا بحثيًا، حاملةً معها أكثر من عقد من الخبرة في احتجاز الذرات على رقائق ميكروية تعمل بالموجات الميكروية وفي الفيزياء المرتبطة بالاحتجاز.
من المختبر إلى ساحات التنافس
الاستخدامات المحتملة والقيمة التجارية
قد تدعم هذه التقنية في نهاية المطاف تحديد المواقع والملاحة والتوقيت المستقل عن الأقمار الاصطناعية، وذلك في تطبيقات تشمل الطائرات الأسرع من الصوت، والمسيّرات، والأنظمة المدارية، والمنصات تحت الماء، والمركبات الأرضية ذاتية القيادة، وأنظمة اعتراض المسيّرات. ومن بين الاستخدامات التجارية المحتملة: استكشاف الموارد، ومراقبة البنية التحتية، ورسم الخرائط تحت السطحية. وقال Mahyar Khosravi، الرئيس التنفيذي لـ Nitride Global: "قيود أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي الكمّية تعود إلى نفس الأسباب التي حدّت من إلكترونيات القدرة قبل عشر سنوات: القيد يكمن في التغليف لا في الفيزياء. فإذا أمكن تنفيذ التوجيه الميكرووي وإدارة الحرارة ضمن نظام مادي واحد، يمكن تصغير الأجهزة إلى حجم يتيح حملها جوًا".
وتسعى الشركة حاليًا للحصول على آراء الجهات المدمجة في قطاعي الفضاء والدفاع، بهدف تحديد متطلبات المستشعر من حيث الشكل والعوامل البيئية وعتبات الأداء.
الإمكانات المستقبلية لتقنية المستشعرات الكمّية
في ظل تزايد الطلب العالمي على حلول الملاحة عالية الدقة، تُظهر تقنية المستشعرات الكمّية التي تطورها Nitride Global إمكانات بارزة. ولا تقتصر هذه التقنية على توفير حلول ملاحة موثوقة في البيئات التي تكون فيها إشارات GPS محدودة، بل تمتد تطبيقاتها لتشمل عدة مجالات تكنولوجية متقدمة، كالمسيّرات والطائرات الأسرع من الصوت. ومن المتوقع أن يتجاوز هذا المستشعر الكمّي المصغّر حدود أنظمة الملاحة التقليدية بالقصور الذاتي، وأن يعزز الابتكار في قطاعي الفضاء والدفاع. ومن خلال التعاون مع الأوساط الأكاديمية، تستطيع الشركة تسريع وتيرة تسويق هذه التقنية وتعزيز قدرتها التنافسية في السوق.