Код
#статьи

Что такое гироскоп и как он работает в смартфоне

Ищем ответы у детского волчка и итальянского математика.

Кадр: фильм «Начало» / Warner Bros. Pictures

Гироскоп — это устройство, которое измеряет скорость и направление наклона любого объекта, на котором оно установлено. Это может быть смартфон, самолёт и любая другая техника.

Из этой статьи вы узнаете:


Как устроен гироскоп

Чтобы разобраться в устройстве современных гироскопов, посмотрим на его предшественников — детский волчок и карданов подвес.

Волчок в состоянии покоя
Фото: Cloud atlas / Wikimedia Commons

Раскрученный волчок долго сохраняет вертикальное положение, опираясь на свой острый кончик. Даже если его подтолкнуть, то ничего не изменится — вращение сохранится.

Это возможно благодаря принципу сохранения углового момента. Звучит он так: любое вращающееся тело стремится сохранить свою ориентацию в пространстве, то есть держится вертикально. Но волчок не может вращаться вечно. Когда он замедлится, его ось под действием силы тяжести наклонится, и он упадёт.

Волчок — это самый простой гироскоп, способный сохранять устойчивое вертикальное положение при вращении и реагировать на изменение угла наклона своей собственной оси.

Результат его эволюции — первый «настоящий» гироскоп, изобретённый в XVI веке итальянским математиком и физиком Джероламо Кардано.

Устройство — карданов подвес — состоит из вращающегося ротора, похожего на волчок, закреплённого во внутренней раме, которая может поворачиваться вокруг горизонтальной оси. Она, в свою очередь, закреплена на наружной раме, которая крепится к корпусу гироскопа и вращается по вертикальной оси.

Изображение: Оля Ежак для Skillbox Media

При этом, как бы ни поворачивался корпус, ось вращающегося ротора сохраняет вертикальное положение. И по изменению угла между нею и рамами можно оценить угол наклона всего устройства.

Карданов подвес — это основа гироскопов, использующихся в промышленности и транспорте. Например, в самолётах для определения их наклона относительно поверхности Земли во время полёта.

Где применяют гироскопы

Гироскопы устанавливают почти в любой современной технике — от «умного» пылесоса и смартфона до промышленных роботов и самолётов. Датчики определяют их положение в пространстве, автоматизируют управление и другие действия.

Смартфоны, планшеты и другие гаджеты. Гироскопы используют для управления ориентацией экрана, перелистывания контента, повышения точности навигации и других задач. О них мы подробнее поговорим дальше.

Самолёты, вертолёты и беспилотники. Гироскопы отслеживают углы наклона летательных средств и повышают точность навигации в полёте. Это полезно при плохой видимости или при использовании автопилота.

Робототехника. В промышленных роботах, например погрузчиках, гироскопы устанавливают на подвижные части устройства. Благодаря этому оператор оценивает их расположение в пространстве, повышая точность манипуляций.

Горнодобывающая и нефтегазовая промышленность. Без гироскопа здесь не обойтись. Датчик, вместе с акселерометром, контролирует направление и угол наклона бура. От этого зависит точность и скорость бурения.

Как гироскоп работает в смартфоне

Гироскоп в телефоне работает на принципах, схожих с кардановым подвесом. Но вместо устройства с двумя рамами и ротором используется микроэлектромеханическая система (MEMS) размером в несколько миллиметров.

Чип гироскопа производства STMicroelectronics. Золотистые элементы на изображении — MEMS, принимающие и обрабатывающие информацию об изменении положения смартфона в пространстве
Фото: Wikimedia Commons

Главная часть такой системы — подвижные и неподвижные элементы, на которых размещаются электроды. Они могут двигаться только в противоположных направлениях друг относительно друга. Когда мы поворачиваем устройство, на эти элементы начинает действовать сила Кориолиса, направленная перпендикулярно движению, и расстояние между ними увеличивается или уменьшается.

Это меняет ёмкость конденсатора и уровень напряжения, создавая электрический сигнал. Микроэлектромеханическая система распознаёт и интерпретирует его, определяя положение смартфона в пространстве, а точнее степень его наклона.

Первым смартфоном с гироскопом стал iPhone 4, выпущенный компанией Apple в 2010 году. Кроме гироскопа, в модель добавили акселерометр и магнитометр. Эти сенсоры обеспечили точное отслеживание движений гаджета и его ориентации в пространстве. Сейчас гироскоп стал неотъемлемой частью любого современного смартфона и других гаджетов. Например, планшетов или «умных» часов.

Зачем гироскоп в телефоне

Автоматическое изменение ориентации экрана. Это удобно при просмотре контента. Включили видео, повернули телефон горизонтально, и оно заняло весь экран. Менять ориентацию дисплея можно вручную, но гироскоп автоматизирует это.

Повышение точности навигации в мобильных картах. Например, 2GIS, «Яндекс Карты» и другие приложения показывают направление нашего взгляда на карте, когда мы поворачиваемся с телефоном в руках. Это возможно благодаря совместной работе гироскопа и акселерометра.

Управление в приложениях с виртуальной реальностью и мобильных играх. Гироскоп отслеживает вращения и наклоны смартфона для автоматизации действий. Например, в симуляторе автогонок игрок может поворачивать автомобиль, просто наклоняя гаджет в руках, а не нажимая на экран или кнопки.

Встряхивание для быстрого запуска приложений и действий. Добавляет новую функциональность смартфону, например автоматизирует перелистывание страниц в книгах, переключение музыки и так далее.

В некоторых ситуациях гироскоп мешает. Если вы пользуетесь смартфоном лёжа, то экран может поворачиваться сам по себе. В этом случае нужно зайти в настройки телефона и отключить его автоповорот.

Как проверить наличие и работоспособность гироскопа

Все современные смартфоны оснащены гироскопом. Найти модель без него сложно. Но иногда они могут не работать. Чтобы проверить гироскоп, есть несколько способов.

Откройте приложение или сайт YouTube и наберите в поисковой строке 360 video. Запустите любое из видео. Если вы можете управлять направлением виртуальной камеры, поворачивая телефон, то гироскоп на смартфоне работает. Если нет, то датчика в гаджете нет или он сломан. Не забудьте включить функцию автоматического поворота экрана перед этой проверкой!

Установите специальные приложения. Например, Gyroscope Test. При его запуске откроется окно с обнаруженными физическими датчиками: гироскопом, акселерометром и магнитометром.

Скриншот: Gyroscope Test / Skillbox Media

На этом экране можно узнать подробную информацию о датчиках, нажав DETAILS или протестировать их работу, выбрав TEST.

Sensor Box — ещё одно приложение для проверки гироскопа в смартфоне. В отличие от Gyroscope Test, оно выводит не только список датчиков, но и информацию, которую они собирают и передают для обработки. Это может быть полезно для разработчиков и инженеров.

Скриншот: Sensor Box / Skillbox Media

Если у вас iPhone, то используйте приложения-аналоги: Sensors Toolbox или AIDA64.

Что запомнить

Коротко пробежимся по тому, о чём рассказали в статье:

  • Гироскоп — это датчик, который определяет, как сильно и в какую сторону наклонён какой-либо предмет в пространстве. Например, телефон или самолёт.
  • В современных смартфонах всегда установлен гироскоп. Информация от него используется в мобильных приложениях: играх и программах с виртуальной реальностью, картах города, шагомерах и других.
  • Проверить работоспособность гироскопа в телефоне можно с помощью приложений Gyroscope Test или Sensor Box для Android и Sensors Toolbox или AIDA64 для iOS.

Больше интересного про код — в нашем телеграм-канале. Подписывайтесь!

Запишите ребёнка на бесплатный урок в Skillbox Kids ➞
Учим детей программированию, веб-дизайну и разработке игр. Преподаватель — IT-эксперт — подберёт курс по интересам ребёнка. Подробности — по клику.
Узнать больше
Понравилась статья?
Да

Пользуясь нашим сайтом, вы соглашаетесь с тем, что мы используем cookies 🍪

Ссылка скопирована