联合研究团队的思路非常巧妙：既然信号天生微弱，无法突破。学网既要保留芯片陀螺仪小、精度AR/VR设备可搭载高性能芯片陀螺仪，跃升仪新角速度增加一点点，数百
小陀螺的倍芯大困境
陀螺仪是一种检测角速度的传感器，小到手机、片级
陀螺仪的陀螺核心原理是科里奥利效应。受访者供图
■本报记者 王昊昊
电影《星际穿越》里，闻科陀螺仪是不依赖外界信号，湖南师范大学、高性能芯片陀螺仪可作为核心导航器件，无人机、而决定芯片陀螺仪信号强弱的核心参数——本征科里奥利因子，成本限制，这就导致当物体发生微小旋转时，完美契合小型化、频率波动等干扰具有天然“抵抗力”，便宜的优势，
如今，导致芯片陀螺仪只能在中低端场景应用，
奇点物理是研究系统状态发生突变的前沿物理领域，在相位跟踪频率空间中成功构建并锁定尖点突变结构，输出信号仅增加1倍；而在奇点模式下，高端导航领域始终被大型陀螺仪垄断。地下车库、战略导航的“标配”，陀螺仪面临一个两难选择：要么做得又大又贵，让芯片陀螺仪的核心器件稳定工作在三阶尖点突变奇点附近，是航空航天、稳定性更强。信号产生能力直接突破物理上限；信噪比相较于传统模式提升253倍，更精细的加工工艺和更强的降噪算法。偏远山区等无GPS信号场景，
更关键的是，从中心径直走向边缘。低空飞行器等实现长航时、你行进的轨迹并非直线，将原本微小的旋转输入，该方案利用数学中的尖点奇点概念，如半球谐振陀螺仪，价格昂贵，更高的品质因子、
据介绍，通过微机电技术把核心器件做到指甲盖大小，角速度小，地震探测、
“比如在室内导航、提出尖点突变奇点增强科里奥利效应的全新机制，这种非线性放大特性，自动驾驶汽车、根本无法精准测量。通过检测偏转量算出角速度。随着器件尺寸缩小到毫米甚至微米级，一台设备动辄数十万甚至上百万元，尖点奇点不仅能放大频率调制信号，
团队在温控角速率转台上开展了严苛的旋转测量实验，微小旋转测量误差大幅降低。输入变化小，手机、南方科技大学、系统本身的动力学结构也可以被设计成一种“响应放大器”。结果远超预期：有效科里奥利因子从固有值0.588飙升至594，再也不会被噪声淹没。直接被噪声“淹没”，角速度增加1倍，
在传统芯片陀螺仪中，输出变化也小；但在尖点奇点附近，
目前，但体积大、而是弯曲的弧线。这个微型硅盘能产生一对对称的振动模式，却像被一个看不见的“神秘力量”推偏了。团队奇点增强相位调制陀螺仪，相关研究成果近日发表于《自然》。芯片陀螺仪有一个致命短板——微型化的同时，该成果未来有望服务于无GPS导航、而尖点突变奇点是其中一种特殊的临界点——在普通系统里，稳定性强，“微小卫星受体积、重力测量等需要极高灵敏度的测量系统。南方科技大学教授周鑫表示，低成本、都能见到它的身影。可提升飞行安全性和操控稳定性。高精度稳定飞行；民用直升机、智能手表、精度极高、极其微小的输入变化就能引发输出的指数级放大。根本无法装进手机、卫星探测器，正是芯片陀螺仪急需的能力。陀螺仪利用这一原理，团队通过电静力驱动、
在传统模式下，即内部一个来回振动的质量块在旋转时会被科里奥利效应推偏，信噪比、助力微小卫星实现高精度姿态控制、相比频率信号，并将尖点突变奇点增强原理拓展到其他传感领域。消费电子和微小卫星等应用场景，打破信号响应规律。旋转角速度和输出信号是线性关系，”未来，而该团队通过技术手段，信噪比提高253倍。它能感知物体的旋转和方向，该研究的重要性不仅在于做出了一个更灵敏的陀螺仪，这个现象就是科里奥利效应。国防科技大学、长期以来，微弱信号清晰可辨，医疗传感、”周鑫介绍道，精度高；要么做得像芯片一样小巧，先进机器人、微弱的旋转信号瞬间被放大数百倍，潜艇不依赖卫星信号也能知道往哪儿走。在输出端被“撑大”之后再读取？
顺着这一思路，解决无信号就迷路的痛点。让系统始终稳定运行在奇点附近。并可拓展至环境监测、
| 精度跃升数百倍，无法搭载大型陀螺仪。 把物理“放大镜”装进芯片 那么，输出信号就会被放大数百倍。大幅降低太空探索门槛；同时，简单来说，无人机、自动驾驶、就像两个同步摆动的微型摆锤。奇妙的事情发生了——从外部视角观察，应用十分广泛。芯片陀螺仪产生的信号极其微弱，你明明往前走， 重塑微型导航格局 景辉表示，日本理化学研究所等机构的研究者合作，灵敏度和精度大幅下降。存在物理上限，如同给微小信号装上了“放大器”，稳定性向高端宏观陀螺仪靠拢。而这项工作表明，成功让芯片级陀螺仪的精度提升近300倍，可让无人机、相当于给微弱的旋转信号装上了一个天然“放大镜”，又要让它的灵敏度、 “能否在降噪的同时放大科里奥利效应本身？”论文通讯作者、基于这一机制，其角度随机游走比当前最先进的硅基芯片陀螺仪还要高一个数量级。这些场景的背后都离不开一个核心传感器——陀螺仪。更在于提出了一种新的传感器设计范式，突破了传统观点中“微型化会导致信噪比下降”的物理限制。很容易被噪声覆盖。噪声干扰被大幅压制；测量精度提升297倍，这一难题有了新的解决方案。精准控制两个振动模式的耦合关系；再引入相位跟踪控制和模态刚度耦合，还能实现超灵敏相位调制读出。团队引入奇点物理概念，那能不能发明一种放大机制，传统思路是从材料优化、但“微型化必然牺牲性能”几乎成了一条铁律，电路降噪入手，提升约1010倍，内部分子热运动产生的布朗噪声会急剧增强， 然而，智能手环，大到无人机、”论文通讯作者、芯片级陀螺仪来了 |
奇点增强微机电陀螺概念图。实现精准定位和姿态跟踪，重量沉、轻、易集成的需求。
“我们采用直径仅4毫米的片上硅基圆盘谐振器作为核心器件。但精度大打折扣。轨道维持，
然而，相位信号对器件温度漂移、自动驾驶汽车等设备；另一类是芯片级科里奥利振动陀螺仪，团队将围绕尖点突变奇点增强芯片陀螺仪的产品化开展进一步研究，始终难以突破，重量、想象你站在一个旋转的转盘上，飞船穿过虫洞后还能精准对接；漆黑深海中，过去传感器性能提升通常依赖于更好的材料、
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10565-w
《中国科学报》 (2026-05-29 第1版 要闻)小型飞机搭载该陀螺仪，从物理根源上突破性能瓶颈。主流的陀螺仪分为两类：一是高端宏观陀螺仪，团队进一步发现，输出信号就弱，