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手机里的小气压计能够告知你所在的高度

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现代的手机里全副武装着一些部件,以便告诉你它在哪。内部传感器用来定向,WiFiGPS信号共同提供地理位置信息。我们再也不会迷路了。

等到你进了某栋建筑,GPS信号消失,WiFi只能确切地告诉你你在那栋建筑里,即使你用WiFi接入点作为导航信标,他们也只会到处乱转。而且随着网络的进化,还会增加更多的接入点,这使得定位有点像是彩票。清晰的建筑内导航系统需要另外一种解决办法。现在,日本的研究暗示将会有一款新的传感器加入未来的智能手机。

一种明显的导航方法是使用惯性导航,遗憾的是惯性导航系统依靠的是加速度方面的敏感变化,他们用这种方法计算一个新位置,每次的计算结果都有小的误差,而且因为每次新的计算结果都依赖于上一次的计算结果,结果导致误差像是战时的国家债务一般迅速增长。

一批日本科学家想到一个人也可以利用压力的变化来确定位置。当你爬楼梯或者乘坐电梯时,大气压力会发生变化,室内导航系统可以利用这一点来确定它们所在的楼层。遗憾的是,目前的气压计由于自身设计的原因,并不适宜变小。问题就在于随着尺寸的缩小,气压计的灵敏度也会下降——因此等到气压计小到可以植入你的手机时,它顶多也就能分辨出你是在珠穆朗玛峰的山顶还是山下了。

在一项独创性的工作中,研究者们找到了一种新的制造气压计的办法,在他们的系统中,他们把一个小的悬臂放入一个同样大小的空腔中,作为一个压力感受器存在而非用来密封,来降低空腔内外的空气流动。当内外存在气压差时,悬臂就会弯曲,两者之间的空气流动就会加快;压力平衡时,悬臂就会恢复原状。

由压缩电阻材料制造的这条悬臂,在其弯曲时,其抗电阻性会发生变化,人们可以据此测量其弯曲程度。再辅以一些校正工作,就能做成一个气压计了。

这一设计的绝妙之处在于,设备越小——尤其空腔与悬臂之间的气流通道越小,设备就越灵敏。在研究者们最初的设想中,这个气压计只有两平方毫米,悬臂大约100微米。通过比较这些气流通道在1微米以上6微米以下的气压计的表现,研究者们指出,随着气流通道的缩小,气压计的灵敏度也在上升。另外,当空腔的面积增长时,气压变化的范围也随之增长。

不过这个气压计的响应时间是20秒,这并不是很理想。但是研究者们宣称这个响应速度还是不错的,这差不多就是你希望的步行导航系统所要达到的响应时间。

很重要的一点是,这个气压计测量的并不是具体的气压值,而只是大气压的变化。这样的好处是其独立于本地天气状况——只要其一直跟踪着气压变化,就能计算出你所在的楼层。另一方面,它也会同样具有惯性导航系统定位误差方面的弱点。

研究者们并未在文章中指出这些问题。但是可以预见到的是:这是新型气压计的首次尝试。也有人希望把加速计与气压计结合起来,两者可以互相检查与更正对方累积的误差。(至少是高度上的)

我很怀疑是否气压计能用来提高地点的精度,但是那也就是说,我十分肯定这样的一个设备会带来许许多多其他的用处。

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