ژیروسکوپ در گوشی چه کاربردی دارد؟
گوشی‌های هوشمند سنسورهای گوناگونی برای اهداف مختلف دارند؛ مانند: سنسور مجاورت، نور محیط، قطب‌نمای دیجیتال، فشارسنج، شتاب‌سنج، ژیروسکوپ و… . این سنسورها بخشی از کارکرد هوشمند گوشی‌های موبایل را بر عهده دارند. بدون این سنسورها، گوشی‌های هوشمند فقط کمی فراتر از یک صفحه‌نمایش لمسی هستند.
ژیروسکوپ یکی از +این سنسورهاست و سال‌هاست که همراه با شتاب‌سنج در گوشی‌های هوشمند قرار می‌گیرد. تقریباً در همه گوشی‌های موبایل امروزی این سنسور وجود دارد. ممکن است برای شما این سؤال به وجود آید که ژیروسکوپ چیست و چه‌کار می‌کند؟ در گوشی چه کاربردی دارد؟ در ادامه به این سؤال‌ها پاسخ خواهیم داد.
سنسور ژیروسکوپ (Gyroscope) چیست؟
سنسور ژیروسکوپ (Gyroscope) که اغلب با سنسور شتاب‌سنج اشتباه گرفته می‌شود، یکی از سنسورهای اصلی گوشی در گوشی همراه است. این سنسور برای اولین‌بار در گوشی آیفون ۴ شرکت اپل استفاده شد و کاربران گوشی‌های موبایل را شگفت‌زده کرد.
به‌طورکلی، ژیروسکوپ دستگاهی است که می‌تواند جهت‌گیری و سرعت زاویه‌ای یک شی را در لحظه اندازه‌گیری کند. ژیروسکوپ پیشرفته‌تر از شتاب‌سنج است و می‌تواند شیب و جهت‌یابی جسم را اندازه‌گیری کند؛ درحالی‌که شتاب‌سنج تنها می‌تواند حرکت خطی را اندازه‌گیری نماید. کاربرد ژیروسکوپ در جایی است که جهت‌یابی جسم برای انسان مشکل است.
نکته
در حقیقت، سنسور ژیروسکوپ، تکمیل‌کننده و کمک‌کننده سنسور شتاب‌سنج می‌باشد و برای پیداکردن جهت قرارگیری تلفن همراه، به شتاب‌سنج کمک می‌کند. سنسور شتاب‌سنج در گوشی همراه، موجب تشخیص سرعت چرخش زاویه‌ای و شتاب می‌گردد.
مثال
برای درک بهتر تفاوت‌های شتاب‌سنج و ژیروسکوپ، بازی‌های موبایلی که با تغییر زاویه تلفن همراه، زاویه حرکت در بازی هم تغییر می‌کند را در نظر بگیرید. برای مثال، وقتی گوشی را به سمت چپ کج می‌کنیم، شخص یا ماشین تحت کنترل ما در بازی نیز به سمت چپ حرکت می‌کند. این کار از طریق سنسور شتاب‌سنج انجام می‌شود. ولی شتاب‌سنج تنها عامل انجام‌دهنده‌ی این کار نیست. ژیروسکوپ نیز موجب می‌شود که دقت آن بسیار بالاتر برود.
به‌عبارت‌دیگر، اگر ژیروسکوپ در گوشی موبایل استفاده نمی‌شد، شاید این امکان وجود نداشت که برای بازی‌های موبایل، تجربه چندان جذابی به کاربر ارائه شود.
انواع ژیروسکوپ
با پیشرفت علم و فناوری، دستگاه‌های بسیار پیشرفته و دقیقی در حال تولید هستند. اندازه‌گیری دقیق‌تر حرکت در یک فضای سه‌بعدی با استفاده از سنسور ژیروسکوپ امکان‌پذیر شد. این سنسورها نیز در اندازه‌های گوناگون با کارکردهای متفاوت در دسترس هستند. بر اساس اندازه، سنسورهای ژیروسکوپ به دو نوع کوچک و بزرگ تقسیم می‌شوند. سنسورهای ژیروسکوپ از سایز بزرگ به کوچک به ترتیب عبارت‌اند از:
ژیروسکوپ لیزری Ring، ژیروسکوپ فیبر نوری، ژیروسکوپ Fluid و ژیروسکوپ ارتعاشی.
ژیروسکوپ ارتعاشی به دلیل کوچک بودن و استفاده آسان، محبوبیت زیادی دارد. دقت ژیروسکوپ ارتعاشی به مواد عنصر ساکن مورداستفاده در سنسور و تفاوت‌های ساختاری آن بستگی دارد.
نحوه عملکرد سنسور ژیروسکوپ
سنسورهای ژیروسکوپ گوشی موبایل علاوه بر اندازه‌گیری سرعت زاویه‌ای، حرکت یک جسم را نیز اندازه می‌گیرند. برای حس دقیق‌تر حرکت، سنسورهای ژیروسکوپ با سنسورهای شتاب‌سنج ادغام می‌گردند.
به‌طورکلی، سه نوع اندازه‌گیری سرعت زاویه‌ای وجود دارد. چرخش افقی روی یک سطح صاف زمانی که جسم را از بالا مشاهده می‌کنید، چرخش عمودی مثل جسم از جلو به نظر می‌رسد، چرخش افقی حین مشاهده جسم از جلو، از مفهوم نیروی کوریولیس در سنسورهای ژیروسکوپ گوشی همراه استفاده می‌شود. در این سنسور برای اندازه‌گیری سرعت زاویه‌ای، میزان چرخش سنسور به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌گردد. با مشاهده کارکرد سنسور ارتعاش ژیروسکوپ می‌توان اصل کار سنسور ژیروسکوپ را متوجه شد.
سنسور از یک عنصر ارتعاشی ساخته شده از مواد بلوری به شکل یک ساختار دوگانه تشکیل شده است. این سازه از یک قسمت ثابت در مرکز به نام بازوی سنسور و بخشی در هر دو طرف به نام بازوی انتقال تشکیل شده است که از هر دو طرف به قسمت مرکزی متصل می‌شود. این ساختار یک ساختار باینری و متقارن می‌باشد. زمانی که یک میدان الکتریکی به‌صورت متناوب در بازوهای محرک ارتعاش می‌یابد، ارتعاشات جانبی ثابت اتفاق می‌افتد. بازوهای محرک متقارن هستند، هنگامی که یک بازو به‌طرف چپ و دیگری به‌طرف راست حرکت می‌کند، ازاین‌رو، یک نیروی کشش افقی به بخش ثابت اعمال می‌گردد که به‌عنوان تغییر در بار الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود.
زمانی که یک نیروی چرخشی خارجی به سنسور وارد می‌شود، ارتعاشات عمودی در بازوهای محرک تشکیل می‌شود. این امر باعث می‌شود که بازوهای محرک در جهت بالا و پایین به لرزش درآیند؛ به همین دلیل، یک نیروی چرخشی بر روی یک قسمت ثابت در مرکز عمل می‌نماید. چرخش قسمت ثابت باعث ارتعاشات عمودی به میزان بازوها می‌گردد. ارتعاشات ایجاد شده در بازوی اندازه‌گیری به‌عنوان تغییر در بار الکتریکی محاسبه می‌شود. این تغییر برای اندازه‌گیری نیروی چرخشی خارجی اعمال شده به سنسور به‌صورت چرخش زاویه‌ای استفاده می‌گردد.
عملکرد ژیروسکوپ در گوشی‌های هوشمند
حالا که متوجه شدید که ژیروسکوپ چگونه کار می‌کند، طریقه استفاده آن در گوشی‌های همراه را بررسی خواهیم کرد. به‌طورکلی، در گوشی‌های همراه، ژیروسکوپ مورداستفاده، ژیروسکوپ سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS) نام دارد و با روشی که پیش‌تر توضیح داده شد، متفاوت است؛ اگرچه اصل کار، مشابه است.
ژیروسکوپ‌های MEMS کوچک و جمع‌وجور هستند و از تراشه‌های یکپارچه کوچکی ساخته شده‌اند. این سنسور در اغلب موارد با سنسور شتاب‌سنج اشتباه گرفته می‌شود. این سنسور که یکی از سنسورهای اصلی گوشی موبایل است، برای اولین‌بار در گوشی‌های آیفون ۴ استفاده شد.
در حقیقت، سنسور ژیروسکوپ، تکمیل‌کننده سنسور شتاب‌سنج است و برای پیداکردن جهت قرارگیری تلفن همراه، به شتاب‌سنج کمک می‌کند. سنسور شتاب‌سنج در گوشی موبایل، موجب تشخیص سرعت چرخش زاویه‌ای و شتاب می‌گردد.
به‌عبارت‌دیگر، اگر ژیروسکوپ در گوشی استفاده نمی‌شد، شاید زمان انجام بازی‌هایی با تغییر زاویه تلفن موبایل، تجربه چندان جذابی برای کاربر ایجاد نخواهد داد؛ زیرا در این حالت دقت این بازی‌ها، به اندازه‌ی کافی، مطلوب نیست.
به صورت کلی، سنسور ژیروسکوپ در تلفن‌های همراه دارای دو وظیفه اصلی است که شامل: تشخیص حرکت چرخشی و تشخیص تغییرات جهت‌گیری می‌باشد.
سخت ا‌فزار ژیروسکوپ در گوشی
ژیروسکوپ حرکت‌های زاویه‌ای را در ۶ بعد ثبت می‌کند و به همین علت، کیفیت و دقت عملیات انجام شده با این سنسور بسیار بالا است. امروزه، بیش‌تر گوشی‌های همراه از سنسور ژیروسکوپ استفاده می‌کنند. زمان خرید این دستگاه، با بررسی ویژگی‌های آن، می‌توان متوجه وجود سنسور ژیروسکوپ در آن شد.
این سنسور علاوه بر اینکه در گوشی‌های موبایل مورداستفاده قرار می‌گیرد، در صنایع دیگری مثل هواپیماسازی نیز کاربردهای بسیاری دارد. همان‌طور که اشاره شد، سنسور ژیروسکوپ باعث تشخیص دقیق‌تر مکان دستگاه می‌شود. به همین علت، در هواپیماها نیز برای تشخیص ارتفاع کاربرد دارد.
کاربردهای ژیروسکوپ در گوشی موبایل
ژیروسکوپ‌ها می‌توانند داده‌های بسیار دقیق‌تری از موقعیت و حرکت دستگاه را ثبت کنند. ترکیب‌کردن این داده‌ها با داده‌های شتاب‌سنج و سنسورهای دیگر، اطلاعات بسیار دقیقی را درباره مکان قرارگیری گوشی و حرکت یا چرخش آن روی هر محوری ارائه می‌دهد.
سازندگان اپلیکیشن‌ها سال‌ها از دیتا‌های این سنسورها برای ساخت انواع بازی و اپلیکیشن استفاده کرده‌اند که در آن‌ها باید موبایل را در جهت‌های گوناگون کج کنید تا فرایند خاصی را در بازی یا اپلیکیشن انجام دهید.
حتماً بازی Pokémon GO را به یاد دارید. این بازی برای استفاده از حالت AR یا واقعیت افزوده، به ژیروسکوپ احتیاج دارد و با کمک همین سنسور است که می‌توانید Pikachu را در اتاق خود ببینید.
ژیروسکوپ کاربردهای مختلف دیگری نیز در گوشی همراه دارد که ممکن است به‌صورت مستقیم با آن‌ها آشنا نباشید. بسیاری از فعالیت‌های هوشمند گوشی موبایل به کمک ژیروسکوپ و سنسورهای دیگر انجام می‌شود که از جمله آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- رابط کاربری گرافیکی با کمک سنسور حرکت
ژیروسکوپ در گوشی‌ها یک رابط کاربری گرافیکی در اختیار کاربر می‌گذارد که او را قادر می‌سازد که با چرخاندن گوشی، بتواند منوها و گزینه‌های مختلف را انتخاب کند. این ویژگی، گوشی همراه را قادر می‌کند که دستورات از پیش مشخص‌شده را طبق حرکات گوناگون اجرا کند؛ به‌عنوان‌مثال، می‌توان گوشی را تکان داد تا قفل شود.
- پاسخ‌دادن به تماس یا باز کردن یک وب‌سایت
سنسور ژیروسکوپ در گوشی همراه این امکان را فراهم می‌کند که شما به تلفن پاسخ دهید یا یک وب‌سایت را با دستوراتی مثل چرخاندن، ۲ تا ۳ بار تکان‌دادن آرام گوشی و مواردی شبیه به این، باز کنید.
- تثبیت‌کردن تصویر (Image stabilization)
تثبیت‌کردن تصویر یکی دیگر از کاربردهای مهم ژیروسکوپ در گوشی است که از طریق آن، از لرزش دست و تأثیر آن بر کیفیت تصویر جلوگیری می‌شود. این ویژگی، گوشی را قادر می‌کند تا در حین فشاردادن گزینه شاتر، اثر لرزش را هم روی عکس‌ها و هم روی فیلم‌ها از بین ببرد تا در نهایت، شما تصاویر و ویدئوهایی بدون لرزش و واضح داشته باشید.
- مسیریابی با GPS
در صورت قطع‌شدن اینترنت در تونل‌ها یا مکان‌های دیگر، GPS گوشی هوشمند با کمک ژیروسکوپ به مسیریابی خودرو ادامه می‌دهد.
- بازی با سنسور حرکت
اپل با عرضه آیفون ۴، ژیروسکوپ را به عنصر اصلی بازی‌های حرکتی تبدیل کرد. این ویژگی، موجب می‌شود که بازی از راه تشخیص حرکات بازیکن کنترل گردد.
در حقیقت، ژیروسکوپ به شما این امکان را می‌دهد که در این نوع بازی‌ها، در حین رانندگی با یک خودرو، موتور و… از گوشی هوشمند خود به‌عنوان فرمان استفاده کنید؛ به این صورت که شما از طریق ژیروسکوپ با انجام حرکات دست و تکان‌دادن گوشی خود، فعالیتی در بازی انجام می‌دهید که حس بسیار بهتری نسبت به فشردن یک دکمه یا لمس‌کردن یک نقطه مشخص دارد.
اپلیکیشن‌هایی که با ژیروسکوپ کار می‌کنند
اپلیکیشن‌های بسیاری برای کارکردن به سنسور ژیروسکوپ نیاز دارند. در ادامه چند نمونه از مهم‌ترین این اپلیکیشن‌ها را بررسی خواهیم کرد:
- ثبت تصاویر پانوراما در Google Street View
زمانی که درباره ثبت تصاویر کروی ۳۶۰ درجه صحبت می‌کنیم، انجام آن بدون ژیروسکوپ غیرقابل‌تصور است.
در برنامه Google Street View، ایجاد حالت کروی خیابان‌ها بدون ژیروسکوپ غیرممکن است و این اپلیکیشن بدون ژیروسکوپ حتی امکان تست‌کردن آن را نیز به کاربر نمی‌دهد.
این اپلیکیشن از ژیروسکوپ استفاده می‌کند تا دقیقاً مشخص کند که در زمان عکس‌گرفتن به کجا اشاره می‌کنید و سپس آن‌ها را به‌صورت دقیق ترکیب می‌کند.
- شناسایی ستاره‌ها با Sky Map
شاید در زمان مشاهده آسمان در شب برایتان سؤال باشد که آن نقطه نورانی که می‌بینید کدام ستاره یا سیاره است؟ تنها راهی که می‌توانید، بدون اینکه تخصصی در نجوم داشته باشید، پاسخ سؤال خود را پیدا کنید این است که اپلیکیشن Sky Map را باز کنید و رو به آسمان بگیرید.
Sky Map یکی از اپلیکیشن‌های قدیمی در دنیای اپلیکیشن‌ها می‌باشد؛ اما ممکن است شما تا به امروز اسم آن را نشنیده باشید.
البته این اپلیکیشن از لحاظ فنی، احتیاجی به ژیروسکوپ ندارد. ولی عملکرد این اپلیکیشن با سنسور ژیروسکوپ به‌مراتب بهتر، دقیق‌تر و سریع‌تر است.
- ثبت تصاویر سه‌بعدی با اپلیکیشن Fyuse – 3D Pictures
علاوه بر ایجاد تصاویر پانوراما، ژیروسکوپ در بعضی اپلیکیشن‌ها، امکان ثبت تصاویر «سه‌بعدی» را به کاربر می‌دهد؛ از جمله اپلیکیشنFyuse 3D Pictures . تصاویر سه‌بعدی اپ Fyuse که چیزی بین تصاویر عادی و Live Photos هستند، با چرخاندن گوشی، زنده می‌شوند و تصویر را از زوایای مختلفی نشان می‌دهند.
- اضافه‌کردن فیلتر به تصاویر با استفاده از اپلیکیشن Snapchat
حتماً اپلیکیشن‌های بسیار زیادی را می‌شناسید که فیلترهایی را روی عکس یا صورت می‌اندازند. غیر از گذاشتن فیلترهای جذاب روی صورت، یک امکان دیگر برای ادیت لحظه‌ای تصاویر وجود دارد که آن فیلتر گذاشتن روی محیط اطراف است. یکی از بهترین نمونه این اپلیکیشن‌ها، Snapchat است که دارای قابلیت World Lenses می‌باشد.
این قابلیت اسنپ‌چت به ژیروسکوپ احتیاج دارد تا بتواند جلوه‌های ویژه‌ای را در یک مکان خاص از «دنیای واقعی» ایجاد کند. در حقیقت، این اپلیکیشن می‌تواند جهت‌های بالا و پایین را تشخیص دهد و اشیاء مجازی را به‌صورت دقیق در تصویر قرار دهد.
- تغییر دکوراسیون خانه با استفاده از اپلیکیشن IKEA Catalog
تغییردادن دکوراسیون خانه می‌تواند تجربه‌ای بسیار جذاب باشد و تا مدت‌ها حالتان را خوب کند؛ ولی گاهی اوقات برای پیداکردن مبلمان و وسایلی که در خانه جا شوند و همچنین، فضای کافی برای آن داشته باشیم، با مشکلاتی روبه‌رو می‌شویم و یا اینکه امکان دارد برای انتخاب رنگ وسایل، مشکل داشته باشیم و نتوانیم درست تصمیم بگیریم. خوشبختانه ژیروسکوپ حتی برای پیداکردن بهترین وسایل خانه هم به شما کمک می‌کند.
اپلیکیشن‌های مختلفی طراحی شده‌اند تا با کمک ژیروسکوپ گوشی بتوانید وسایل مختلف را با کمک واقعیت افزوده، داخل فضای خود قرار دهید تا متوجه شوید که آن وسایل، دکوراسیون خانه شما به چه شکل می‌شود.
یکی از معروف‌ترین برندهای وسایل منزل، برند ایکیا است. اپلیکیشن IKEA Catalog توسط این برند طراحی شده است تا کاربران آن بتوانند وسایل گوناگون برند ایکیا را با کمک واقعیت افزوده در خانه خود قرار دهند و نتیجه نهایی را مشاهده نمایند.
- استفاده از موبایل به‌عنوان یک موس پرنده با اپلیکیشن Remote Mouse
آیا تابه‌حال برایتان پیش‌آمده که ناگهان موس کامپیوتر شما از کار بیفتد؟ در این مواقع، شما می‌توانید از گوشی همراه خود به‌عنوان یک موس استفاده کنید؛ اما نه یک موس معمولی، بلکه یک موس بی‌سیم!
برای انجام این کار فقط باید برنامه مربوطه را روی گوشی و کامپیوتر خود دانلود و نصب کنید. سپس باید هر دو دستگاه را از راه بلوتوث با هم جفت کنید و در نهایت، آماده هستید که مثل یک موس بی‌سیم یا تاچ‌پد ریموت، از گوشی خود به‌عنوان موس استفاده نمایید.
یکی از بهترین اپلیکیشن‌ها برای این کار، Remote Mouse می‌باشد که کاملاً رایگان است و برای کارکردن با آن، به وجود ژیروسکوپ در گوشی نیز نیاز است.
- بررسی ضربان قلب با استفاده از اپلیکیشن Gyroscope Heart Rate
آیا تابه‌حال به این فکر کرده‌اید که با استفاده از شتاب‌سنج و ژیروسکوپ گوشی می‌توان ضربان قلب را بررسی کرد؟ این چیزی است که سازندگان اپلیکیشن Gyroscope Heart Rate و بسیاری از اپلیکیشن‌های مشابه ادعا می‌کنند. به‌جای استفاده از فلاش دوربین یا یک سنسور خاص، اندازه‌گیری در این اپلیکیشن با قراردادن گوشی روی قفسه سینه انجام می‌شود.
ایده اصلی طراحی این اپلیکیشن‌ها این است که از سنسورهای گوشی همراه برای تشخیص ارتعاشات کوچک ضربان قلب استفاده و نتایج را برای تجزیه‌وتحلیل در فضای ابری ارسال کنند و در نهایت، اطلاعاتی از میزان نامنظم‌بودن نبض ثبت نمایند.
سخن پایانی
ژیروسکوپ علاوه بر این که در گوشی‌های موبایل مورداستفاده قرار می‌گیرد، در صنایع دیگر مثل ساخت هواپیما نیز کاربردهای فراوانی دارد. همان‌طور که اشاره شد، سنسور ژیروسکوپ گوشی همراه قابلیت تشخیص بهتر و دقیق‌تر محل دیوایس را به‌وسیله ژیروسکوپ فراهم می‌نماید. به همین علت، در هواپیماها برای تشخیص ارتفاع استفاده می‌شود.
