基于压电超构材料的MEMS惯性传感器项目获DARPA资金支持，推动导航系统革新
2026-03-14 15:50:38 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
该项目旨在利用薄膜压电超构材料（metamaterials）的拓扑特性，研发一种新型MEMS惯性传感器，突破现有器件受到材料本身限制的性能水平。
据麦姆斯咨询报道，美国东北大学（Northeastern University）的研发团队获得了美国国防高级研究计划局（DARPA）的200万美元资助，用于开展名为“Enabling Higher Scale Factors in Gyroscopes Through soFt and LacAlized interface-States in microelectromecHanical resonators (FLASH)”的研究项目，Cristian Cassella担任项目负责人（PI）。该项目旨在利用薄膜压电超构材料（metamaterials）的拓扑特性，研发一种新型MEMS惯性传感器，突破现有器件受到材料本身限制的性能水平。除为惯性传感器领域带来革命性突破外，该项目还将验证：机械超构材料如何助力构建新型“人工合成型”MEMS传感器，从而为MEMS器件开辟全新应用路径，用于解决当前尚未被充分覆盖的挑战性问题——不仅限于导航领域，还包括量子学与光子学等前沿方向。
军事与商用运载平台可经历极宽范围的加速度变化，这使得它们在GPS拒止环境中，难以依靠现有传感器技术实现可靠的导航与定位。尽管此类惯性传感器耐受冲击，但这是以牺牲对微小加速度的灵敏度为代价的，最终会削弱其定位与导航能力。
由美国东北大学Cristian Cassella领导的研发团队，正在研发一种新型MEMS惯性传感器，其性能足够优异，不仅能承受运载平台所经历的高加速度冲击，还能提供比现有传感器更为精准的导航数据。这项技术有望彻底革新惯性传感器领域，并最终可应用于量子计算、光子学等其它领域。
现有的惯性传感器依赖MEMS中天然存在的谐振振动模式，其惯性特性受所用材料的力学性能的严重制约。Cristian Cassella团队正在研制的惯性传感器性能远超现有器件。该团队首次在微米尺度的弹性力学框架下运用超构材料的特殊性质。超构材料的引入为MEMS惯性传感器实现数量级级别的加速度灵敏度提升开辟了一条新路径，使器件本身就具备极强的抗冲击与抗振动能力，从而填补了当前制约惯性传感器在军用运载平台应用中的技术空白。新型MEMS惯性传感器可在超高速工况下检测运动状态，进而可以支持导航的实时修正与调整。
Cristian Cassella表示：“该新型MEMS惯性传感器具备优异的抗冲击与抗振动能力，并能通过弹性力学框架下的新物理机制实现高精度测量输出。通过在微尺度上引入弹性超构材料的理念，我们将首次证明，可以创造出一种自然界中不存在的振动模式，并使其具备优异的陀螺仪特性。这或将成为在GPS拒止环境下实现精确定位与导航的关键技术。”
Cristian Cassella与纳米系统创新研究所（NanoSI）所长Matteo Rinaldi、纳米系统创新研究所副所长David Horsley，以及Benyamin Davaji展开合作。他们表示：“我们融合工程学、微系统科学与纳米科学的专业能力，从多个视角攻克项目遇到的难题。”
项目研发团队
该项目由美国国防高级研究计划局提供200万美元资助。Cristian Cassella也会将此前获得美国国家科学基金会（NSF）CAREER奖项的压电超构材料研究成果应用到项目中。
除设计与研制新型MEMS惯性传感器外，该团队还在研究“材料在速度与加速度方面的本征耐受极限”。Cristian Cassella表示：“我们希望将这种新型MEMS惯性传感器的性能做到极致，并研发出更智能的新型器件。”
这种新型MEMS惯性传感器对军事行动至关重要。在军事行动中，精准的载体定位数据是实时导航修正的关键。该传感器可搭载于飞机、无人机及其它自主运载平台，并以片上集成器件形式实现，可通过传统MEMS制造工艺实现批量生产。
Cristian Cassella指出，该MEMS惯性传感器技术还具备极高的空间局域检测能力，非常适合监测微米级参数变化，例如细胞质量。因此，该技术还有望在癌症等重大疾病早期检测中发挥关键作用。鉴于全球病理医生资源短缺，这是一项具有全球性意义的MEMS研究方向。
延伸阅读：
《村田MEMS惯性测量单元（IMU）SCH1633产品分析》
《消费类MEMS惯性测量单元（IMU）产品对比分析-2022版》
《汽车级MEMS惯性测量单元（IMU）产品对比分析-2024版》
相关热词搜索：陀螺仪 惯性传感器 MEMS 超构材料 压电材料
上一篇：国防系统中的MEMS陀螺仪技术：应用导向视角及新分析结果
下一篇：最后一页