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자이로스코프(영어: gyroscope)는 위아래가 완벽히 대칭인 팽이를 고리를 사용해 팽이 축에 직각인 방향으로 생성시키고 다시 그것을 제2의 고리를 써서 앞의 것과 직각 방향으로 받든 후에, 다시 제3의 고리에 의하여 앞의 둘에 직각 되는 방향으로 지탱하여 줌으로써 팽이의 회전이 어떤 방향으로도 발생할 수 있도록 한 장치이다. 방향의 측정 또는 관리에 소모되는 기구이다.[1]
자이로스코프는 축이 어느 방향으로든지 놓일 수 있는 회전하는 바퀴이고 로터와 짐벌로 이루어진 하나의 메커니즘이며 각운동량 보존법칙에 근거한다. 자이로스코프가 신속하게 회전할 때에는, 외각에서 토크(torque; 회전우력-돌림힘)가 주어졌을 때 그 방향이 회전에 의한 각운동량(angular momentum)에 의해 회전하지 않을 때보다 훨씬 적게 변화하게 된다. 자이로스코프는 수평 유지 장치인 짐벌에 놓이게 되므로 외각의 토크는 최소화되며, 설치된 받침이 움직이더라도 그 방향은 대다수 고정되게 된다.
자이로스코프와 비교할 만한 센서로는 가속도센서가 있다고 합니다. 가속도센서는 지표면을 기준으로 봤을때 기울기를 측정한다. 이 가속도센서의 특징은 물체의 행동을 정밀하게 측정할 수 없고 외부 가속도의 합이 0이라면, 즉 등속 운동하는 물체에 대해서는 측정할 수 있는 것이 없다. 그렇지만 자이로스코프는 ‘각속도’를 측정하여 획득한 정보를 보유하고 기울기를 측정한다. 미사일이나 항공기의 길잡이 역할을 하는 핵심 부속품이기도 하고 세그웨이 PT 등에도 사용된 원리이다
정의에서 부연으로 설명한 가속도센서와 비교하면, 가속도센서는 지표면을 중심으로으로 기울기, 가속도 등을 측정한다. 그렇지만 지표면에 대해 수직 방향의 가속도는 측정할 수 없다. 자이로스코프는 가속도센서로 측정할 수 없는 방위각을 측정한다. 다시 말해 지면에 수직인 조건에 상관 없이 모든 방면에 대해 각도의 변화를 측정할 수 있다고 합니다. 가속도센서는 직선운동하지 않는 물체에 관해선 측정하는 데 어려움을 겪는다. 자이로스코프는 회전운동의 각도를 측정할 수 있기 때문에 자이로스코프와 가속도센서의 기술을 종합하면 물체의 명확한 신체활동을 파악할 수 있게 된다.
물체의 신체활동을 측정하는 데 요구되는 축의 개수가 달라질 수 있다고 합니다. 어떠한 물체가 2차원적인 운동만 한다면 자이로스코프 1반려견과 가속도센서 2개가 필요그럼에도 불구하고 어떠한 물체가 3차원적인 신체활동을 한다면 자이로스코프 3반려견과 가속도센서 3개가 필요하게 된다. 제일 흔히 밝혀진 3차원을 측정할 수 있는 6개의 센서들을 통틀어 6자유도(Degrees of Freedom)를 가진다고 표현한다.
역사적으로 알리어져 있는 최초의 자이로스코프는 요한 보넨베르거(Johann Bohnenberger)가 1817년 만든 것인데, 그 당시 자이로스코프는 단지 '기계(machine)'라 불렀다. 프랑스의 수학자 라플라스(Pierre-Simon Laplace)는 파리의 에콜 폴리테크닉(École Polytechnique)에서 근무하면서, 이 기계를 학습교재로 사용할 것을 권장하였고, 이는 푸코(Léon Foucault)의 눈길을 끌었다. 푸코는 이를 지구의 자전과 관련된 실험에 사용하였으며, '자이로스코프'라는 이름을 생각해 내었다. 지구의 회전(gyros)을 보는(scopeein) 연구는 마찰로 실패하였다. 각 실험 시간은 변화를 관측하기 순탄치않은 8 ~ 10분으로 제한되어야 했기 때문이라고 합니다.
1860년대에 들어서면서, 전기 모터가 만들어져 이 계획을 실행 가능하게 하였다.