Сверхбыстрые субатомные частицы, называемые мюонами, впервые использовались для беспроводного перемещения под землей. Используя наземные станции обнаружения мюонов, синхронизированные с подземным приемником обнаружения мюонов, исследователи из Токийского университета смогли рассчитать положение приемника в подвале шестиэтажного здания.
Поскольку GPS не может проникать сквозь скалы или воду, эта новая технология может быть использована в будущих поисково-спасательных операциях, для мониторинга подводных вулканов и управления автономными транспортными средствами под землей и под водой. Выводы опубликованы в журнале iScience.
GPS, глобальная система позиционирования , является хорошо зарекомендовавшим себя навигационным инструментом и предлагает обширный список полезных приложений, от более безопасных авиаперелетов до картографирования местоположения в реальном времени. Однако он имеет некоторые ограничения. Сигналы GPS слабее в более высоких широтах и могут быть заглушены или подделаны (когда поддельный сигнал заменяет подлинный). Сигналы также могут отражаться от таких поверхностей, как стены, им мешают деревья, и они не могут проходить сквозь здания, скалы или воду.
Для сравнения, в последние годы мюоны попали в заголовки газет за их способность помочь нам заглянуть вглубь вулканов, заглянуть сквозь пирамиды и заглянуть внутрь циклонов. Мюоны постоянно и часто падают по всему миру (около 10 000 на квадратный метр в минуту), и с ними невозможно что-то поделать.
«Мюоны космических лучей одинаково падают на Землю и всегда движутся с одной и той же скоростью, независимо от того, какую материю они пересекают, проникая даже в километры горных пород», — объяснил профессор Хироюки Танака из Muographix в Токийском университете. «Теперь, используя мюоны, мы разработали новый тип GPS, который мы назвали мюометрической системой позиционирования (muPS), которая работает под землей, в помещении и под водой».Мюоны существуют всего 2,2 микросекунды (одна микросекунда составляет всего одну миллионную долю секунды), но поскольку они движутся со скоростью света в вакууме (300 000 километров в секунду), у них достаточно времени, чтобы достичь Земли из атмосферы и проникнуть в нее. глубоко в землю. Авторы и права: 2015 Хироюки К.М. Танака
Первоначально MuPS был создан для помощи в обнаружении изменений морского дна, вызванных подводными вулканами или тектоническими движениями. Он использует четыре опорные станции обнаружения мюонов над землей, чтобы обеспечить координаты для приемника обнаружения мюонов под землей. Ранние итерации этой технологии требовали, чтобы приемник был подключен к наземной станции проводом, что сильно ограничивало движение.
Однако в этом последнем исследовании используются высокоточные кварцевые часы для синхронизации наземных станций с приемником. Четыре параметра, предоставляемые опорными станциями, плюс синхронизированные часы, используемые для измерения «времени полета» мюонов , позволяют определить координаты приемника. Эта новая система называется мюометрической беспроводной навигационной системой (MuWNS).
Чтобы проверить навигационные возможности MuWNS, эталонные детекторы были размещены на шестом этаже здания, а «штурман» перенес приемный детектор на цокольный этаж. Они медленно ходили взад и вперед по коридорам подвала, держа в руках трубку. Вместо навигации в реальном времени были сделаны измерения, которые использовались для расчета их маршрута и подтверждения пути, который они выбрали.
«Текущая точность MuWNS составляет от 2 до 25 метров с диапазоном до 100 метров, в зависимости от глубины и скорости человека, идущего. Это так же хорошо, если не лучше, чем одноточечное GPS-позиционирование. над землей в городских районах», — сказал Танака. «Но до практического уровня еще далеко. Людям нужна метровая точность, и ключом к этому является синхронизация времени».
Улучшение этой системы для обеспечения навигации в реальном времени с точностью до метра зависит от времени и денег. В идеале команда хочет использовать атомные часы в масштабе чипа (CSAC). «CSAC уже коммерчески доступны и на два порядка лучше, чем кварцевые часы, которые мы используем в настоящее время. Однако они слишком дороги для нас, чтобы использовать их сейчас. Но я предвижу, что они станут намного дешевле, поскольку глобальный спрос на CSAC для количество мобильных телефонов увеличивается», — сказал Танака.
Когда-нибудь MuWNS можно будет использовать для навигации роботов, работающих под водой, или для управления автономными транспортными средствами под землей. Помимо атомных часов, все другие электронные компоненты MuWNS теперь могут быть миниатюризированы, поэтому команда надеется, что в конечном итоге их можно будет установить в портативные устройства, такие как ваш телефон. В чрезвычайных ситуациях , таких как обрушение здания или шахты, это может в будущем изменить правила игры для поисково-спасательных групп.
