Cuando abrimos el menú del acelerómetro en FizziQ nos encontramos con dos tipos de aceleración: aceleración lineal y aceleración absoluta. Otras aplicaciones como Phyphox también las llaman aceleración sin g y aceleración con g. ¿Cuál es la diferencia entre estos diferentes tipos de aceleración?
En un post anterior sobre aceleración vimos que el acelerómetro de nuestro portátil tiene en cuenta la gravedad. En reposo muestra 9,8 m/s². El problema es que esta componente de la aceleración de la gravedad no necesariamente corresponde a lo que percibimos como aceleración. Desde que nacemos estamos acostumbrados a vivir con la gravedad y a deducirla automáticamente de nuestras percepciones. Los experimentos han demostrado que a los pocos meses los bebés ya han adquirido la noción de que un objeto cae si no se lo sostiene. La aceleración que nos gustarÃa medir y que es útil para muchos usos es, por tanto, la que se debe únicamente a los movimientos del usuario. Es decir que la componente gravitatoria debe deducirse de la aceleración. Esto se llama aceleración lineal (o aceleración sin g).
Si consideramos el portátil en reposo, podemos determinar las componentes de la aceleración de la gravedad midiendo la aceleración absoluta x, y y z. Si hacemos un movimiento rectilÃneo sin cambiar su orientación, las componentes del vector de gravedad siguen siendo las mismas en el marco del portátil y podemos calcular la aceleración lineal.
Sin embargo, si durante un movimiento nuestro portátil cambia de orientación, ya no es posible saber cómo se orienta el vector de gravedad en el marco de nuestro portátil y por lo tanto ya no podemos calcular la aceleración lineal.
Afortunadamente, en la mayorÃa de portátiles existen otros dos sensores que pueden ayudarnos: el magnetómetro y el giroscopio. Estos dos sensores también son MEMS y aportan otra información que nos permitirá calcular la aceleración lineal.
El giroscopio es un sensor que calcula la velocidad de giro de nuestro smartphone en tres direcciones. Nos permite calcular en cualquier momento cómo ha girado el móvil en relación a su posición inicial. Gracias al giroscopio podemos determinar en cualquier momento cómo ha cambiado la orientación del portátil respecto a su estado inicial de reposo. Aplicando estos cambios al vector inicial calculado para la aceleración de la gravedad, podemos luego deducir de la aceleración absoluta observada su componente y asà determinar la aceleración lineal.
El magnetómetro también se puede utilizar para calcular la aceleración lineal. Calcula el campo magnético al que está sometido nuestro móvil. En ausencia de cualquier otro campo magnético (como un imán o un objeto feromagnético), el magnetómetro proporciona las coordenadas del campo magnético terrestre, lo que permite conocer el norte, por ejemplo. Este campo es muy estable y, por tanto, puede utilizarse como marco de referencia absoluto. Como conocemos el campo magnético en el instante inicial, podemos conocer los cambios de orientación del portátil comparando el vector del campo magnético en cualquier momento, y por tanto ajustar la componente gravitacional de la aceleración para determinar la aceleración absoluta. Sin embargo, con un lÃmite: si un objeto magnetizado o magnético de hierro está cerca del sensor, su medición se verá afectada y la referencia será falsa. Esto explica por qué el giroscopio es un mejor sensor para calcular la aceleración lineal que el magnetómetro.
De lo anterior parecerÃa que el mejor método para calcular la aceleración lineal utiliza la combinación de acelerómetro y giroscopio. Sin embargo, hay que tener en cuenta un elemento adicional. De hecho, el giroscopio consume mucha más energÃa que un acelerómetro, que a su vez consume mucho más que el magnetómetro. Todo depende de la precisión que necesites y de la energÃa que estés dispuesto a gastar para lograr esa precisión.
A modo de resumen, aquà tienes una pequeña tabla del uso simultáneo de los sensores:
Sensores Cálculo de aceleración lineal.
Acelerómetro defectuoso
Acelerómetro + Giroscopio Bueno - alto consumo
Acelerómetro + Magnetómetro Promedio - bajo consumo
Acelerómetro + Magnetómetro + Giroscopio Excelente - consumo muy alto