Tôi đã làm việc với các đơn vị đo quán tính (IMU) trong nhiều năm, và một điều tôi luôn nói với các kỹ sư mới là cốt lõi của các cảm biến này không nằm ở thông số kỹ thuật phần cứng, mà nằm ở nghệ thuật điều chỉnh—tạo sự cân bằng giữa dữ liệu thô, lọc thuật toán và điều kiện thực tế để chuyển đổi chuyển động thành những hiểu biết đáng tin cậy.
Quá nhiều nhóm tập trung vào việc chọn IMU đắt tiền nhất hoặc theo đuổi các con số trôi dạt thấp nhất trên bảng thông số kỹ thuật, chỉ để gặp rắc rối trong các triển khai thực tế. Sự thay đổi nhiệt độ, nhiễu rung và các ràng buộc về nguồn có thể làm chệch hướng kế hoạch của họ. Gần đây, tôi đã tư vấn cho một dự án mà một nhóm đang phát triển một thiết bị đeo được cho các vận động viên, nhằm mục đích theo dõi các chuyển động tinh tế như xoay khớp. Họ đã chọn một IMU MEMS cao cấp với các thông số ấn tượng.
Nhưng họ đã bỏ qua một vấn đề: khi cảm biến được đeo chặt vào mô cơ, nó liên tục bị ảnh hưởng bởi các vi rung. Thuật toán lọc mặc định của họ hoặc làm mịn dữ liệu quan trọng hoặc để lại quá nhiều nhiễu. Cuối cùng, họ đã mất hàng tuần để tinh chỉnh chương trình cơ sở, điều chỉnh tốc độ lấy mẫu và hiệu chỉnh cho thói quen di chuyển của từng người dùng để đạt được độ chính xác cần thiết—không phải bằng cách nâng cấp phần cứng.
Đây là đặc điểm của IMU—chúng có sự liên quan theo ngữ cảnh mạnh mẽ. Một thiết bị hoạt động hoàn hảo trong máy bay không người lái có thể bị lỗi hoàn toàn trong thiết bị y tế, không phải do chất lượng kém, mà vì các tình huống khác nhau đòi hỏi sự đánh đổi hoàn toàn khác nhau về hiệu suất. Tiêu thụ điện năng thấp so với tốc độ làm mới cao, kích thước nhỏ gọn so với độ bền, bù trôi so với kiểm soát độ trễ—tất cả đều yêu cầu sự cân bằng lẫn nhau.
Tôi cũng nhận thấy một quan niệm sai lầm phổ biến, đó là nghĩ rằng sự kết hợp cảm biến là một giải pháp phù hợp với tất cả. Việc kết hợp IMU với GPS hoặc LiDAR có giúp ích, nhưng nó đòi hỏi sự tích hợp cẩn thận để tránh xung đột dữ liệu. Ví dụ, khi tín hiệu GPS đột ngột bị mất, IMU phải tiếp quản một cách liền mạch mà không gây ra những cú nhảy đột ngột trong dữ liệu vị trí.
Sự phát triển của công nghệ IMU cũng khá hấp dẫn. Các cảm biến MEMS từ lâu đã vượt ra khỏi các dạng ban đầu cồng kềnh của chúng; các sản phẩm ngày nay cung cấp độ ổn định cao hơn với chi phí thấp hơn, giúp chúng dễ dàng tiếp cận với những người có sở thích và các công ty khởi nghiệp. Trong khi đó, các hệ thống cao cấp đang vượt qua các ranh giới với công nghệ sợi quang và lượng tử. Mặc dù vậy, các thiết bị này vẫn cần được điều chỉnh cẩn thận để mang lại những hứa hẹn về hiệu suất—không có cảm biến nào hoàn toàn miễn nhiễm với các yếu tố môi trường.
Điều tôi thích nhất khi làm việc trong lĩnh vực này là luôn có một đường cong học tập. Bạn không chỉ đối phó với các linh kiện điện tử, mà còn với các định luật vật lý, môi trường thực tế phức tạp và nhu cầu riêng của từng ứng dụng. IMU không có nghĩa là một thành phần cắm và chạy; nó là một đối tác trong quá trình thiết kế, một đối tác đòi hỏi sự kiên nhẫn và trực giác để khai thác hết tiềm năng của nó.
Khi các hệ thống tự động, thiết bị đeo được và robot công nghiệp ngày càng trở nên tinh vi, nhu cầu về IMU được điều chỉnh tốt sẽ chỉ tiếp tục tăng. Tôi tin rằng các nhóm cuối cùng nổi bật sẽ không phải là những nhóm có phần cứng tốt nhất, mà là những nhóm hiểu cách điều chỉnh IMU của họ cho phù hợp với môi trường xung quanh.
