En gruppe japanske utviklere presenterte nylig et nytt MuWNS-navigasjonssystem som skal fungere under bakken og under vann. Driften av systemet er basert på bruk av kosmiske stråler.
Utvalget av GPS-satellittnavigasjon er, paradoksalt nok, svært begrenset. Til tross for at satellittene som kobler oss til navigasjonssystemet er 20 000 km unna. Ja, de flyr høyt over overflaten. Derfor er kun et tykt tak eller nedstigning i kjelleren nok til at systemet slutter å fungere. Dette kan imidlertid endres med bruk av... kosmisk stråling for navigasjon.
Satellittnavigasjon, så fenomenal som den er og ofte livreddende (for ikke å snakke om å gjøre det enklere hver dag), har sine begrensninger. De ideelle forholdene for jevn drift av et slikt system er en klar himmel og en forbindelse som ikke er hindret av trær eller, enda mer, bygninger. Ellers kan det hende at signalet rett og slett ikke når enheten vår fra satellitten og omvendt.
Disse begrensningene kommer fra det faktum at satellittnavigasjon bruker et radiosignal som ikke kan overvinne mange av hindringene som omgir oss hver dag. Akkurat som klassisk radiokommunikasjon har problemer når vi er i en heis, i en kjeller eller en underjordisk garasje, har ikke signalet fra en satellitt nok kraft til å bryte gjennom flere meter med hindringer. Fordi 20 km er ganske lang avstand for radiobølger og hindringer i veien.
Også interessant: Hvordan Taiwan, Kina og USA kjemper for teknologisk dominans: den store brikkekrigen
Muoner i stedet for radio
Nylig har imidlertid forskere ved University of Tokyo utviklet myon-basert trådløs navigasjonsteknologi som kan brukes hvor som helst på jorden, til og med dypt under jorden og under vann. Studien ble publisert i tidsskriftet iScience. hvem bryr seg kan bli kjent med ham i mer detalj. Vi vil prøve å forklare alt med enkle ord.
Hva er muoner? Dette er ustabile ladede elementærpartikler som har størst penetreringsevne. De kan fås i laboratoriet, men det viktigste er at en kraftig strøm av myoner hele tiden når jorden i form av kosmiske stråler som trenger nesten 2 km dypt inn i planeten vår. Omtrent 10 XNUMX myoner per minutt faller på hver kvadratmeter av jordens overflate.
De siste årene har myoner tiltrukket seg betydelig oppmerksomhet fra forskere. Det er på grunn av den utmerkede penetreringsevnen at myoner kan brukes til å studere dypene til vulkaner, se inn i hjertet av pyramidene og studere syklonenes indre struktur. Videre forblir myoner immune mot interferens.
"Kosmiske strålemyoner faller like mye på jorden og beveger seg alltid med konstant hastighet, uavhengig av hvilken materie de krysser, og overvinner til og med et kilometer lag med steiner"", forklarte professor Hiroyuki Tanaka fra Muographix ved University of Tokyo. "Nå, ved å bruke myoner, har vi utviklet en ny type navigasjon, som vi har kalt et Muometric Positioning System (muPS), som fungerer under bakken, innendørs og under vann.".
Den foreslåtte teknologien kalles muometrisk trådløst navigasjonssystem (MuWNS), som kan oversettes som "myometrisk trådløst navigasjonssystem". Den forbedrer en teknologi som tidligere er utviklet av de samme forskerne som brukte muoner til å analysere bevegelsene til tektoniske plater. Slike studier bidro til å overvåke bevegelsen til tektoniske plater og, basert på dette, å gi tidlig varsling om mulige jordskjelv.
Også interessant: Alt om USB-spesifikasjoner og hvordan USB Type-C skiller seg fra USB Type-A
Måle avstander med MuWNS
Imidlertid krever navigering å sammenligne avstander fra minst fire punkter for nøyaktig å bestemme posisjon i et 3D-miljø. Myoner når jorden i en kontinuerlig strøm. Men deres enkle deteksjon gir ikke mye. Derfor er det nødvendig å lage et kommunikasjonssystem mellom de fire stasjonene og enheten hvis plassering vi ønsker å spore. I praksis betyr dette at tilsvarende MuWNS-satellitter ikke nødvendigvis trenger å være i bane, men kan installeres på jordoverflaten. Det vil si at dette er basestasjoner på bakken.
Den første versjonen av teknologien som ble brukt til å studere tektoniske plater var kablet, noe som betyr at signalet til og fra hver sender ble sendt gjennom fysiske ledninger. Dette gjør det imidlertid helt umulig å bruke den til effektiv navigering. For dette er en ganske tungvint og dyr ting.
Løsningen på problemet viste seg å være ganske enkel. Nøyaktige kvartsklokker ble brukt til trådløs synkronisering av detektorer og mottakere. Beskrivelsen av MuWNS lyder som følger:
"Fire parametere levert av basestasjoner og synkroniserte kvartsklokker som brukes til å måle myon 'time-of-flight' gjør at mottakerkoordinater kan bestemmes."
I et av de første eksperimentene ble en mottaker plassert i kjelleren funnet ved hjelp av en stasjon i sjette etasje i bygningen. Dette er utrolig, for GPS-systemet ville definitivt ikke taklet en slik oppgave.
For testing plasserte forskerne detektorene i sjette etasje av bygningen, og detektor-mottakeren i kjelleren. Forskerne beveget seg forsiktig gjennom kjellerkorridorene, i stedet for å bruke navigasjon, tok de sanntidsmålinger for å bestemme kursen og verifisere veien de tok.
Som et resultat av eksperimentet viste det seg at nøyaktigheten til MuWNS er fra 2 til 25 m, med en rekkevidde på opptil 100 m, avhengig av dybden og hastigheten på menneskelig bevegelse. Det er like bra, om ikke bedre, enn enkeltpunkts GPS-posisjonering over bakken i urbane områder. Men det praktiske nivået er fortsatt langt unna. Folk trenger nøyaktighet ned til én meter, og tidssynkronisering er nøkkelen til det.
Les også: Alt du trenger å vite om Copilot fra Microsoft
Det vil ikke erstatte GPS, men det vil redde liv
Så det nye MuWNS-navigasjonssystemet er fortsatt på utviklings- og eksperimenteringsstadiet. Den er fortsatt ganske rå, det er ikke snakk om å bruke den i skalaen til en by.
I tillegg vil dette systemet i praksis være mye dyrere, noe som kan begrense den praktiske bruken. I tillegg, for global bruk, må basestasjoner av denne typen navigasjon distribueres over hele verden, slik telekommunikasjonsstasjoner for mobilkommunikasjon er nå. Til sammenligning er hele GPS-systemet avhengig av kun 31 satellitter i jordbane.
Det andre problemet er nøyaktighet. Selv om vi kan "se" mer enn 1,5 km under bakken ved hjelp av MuWNS-navigasjonssystemet, lar bruken av kvartsklokker for tidssynkronisering oss orientere oss mot statiske objekter, siden rask bevegelse vil forårsake stedsfeil. Atomklokkebrikker kan teoretisk løse dette problemet, men de koster for øyeblikket $2000 eller mer, så det vil øke kostnadene for hver enhet (smarttelefon, smartklokke, osv.) som vil bruke denne teknologien med minst det beløpet.
Å forbedre dette systemet, som vil gjøre sanntidsnavigasjon mye mer nøyaktig, tar tid og penger. Ideelt sett ønsker teamet å bruke atomklokker i chip-skala (CSAC), ettersom CSAC-er allerede er kommersielt tilgjengelige og bedre enn nåværende kvartsklokker. Imidlertid er de for dyre for oss nå. Men med tiden vil de forhåpentligvis bli mye billigere ettersom den globale etterspørselen etter CSAC-er for mobiltelefoner vokser.
Det vil ta minst 5 år før denne teknologien er ferdig utviklet og allment tilgjengelig. Forskere har allerede begynt arbeidet med neste versjon av MuWNS, kalt Vector muPS, som ikke vil kreve sanntids atomklokker, og dermed løse et av de største problemene med teknologien.
I fremtiden kan MuWNS brukes til å kontrollere ubemannede kjøretøy under bakken eller kontrollere undervannsroboter. Foruten atomklokken kan alle andre elektroniske deler av MuWNS miniatyriseres, og utviklingsteamet forventer at det snart vil være mulig å integrere MuWNS i bærbare enheter som en telefon. Dette kan endre måten søke- og redningsteam jobber på i nødssituasjoner, for eksempel en bygning eller steinras i en gruve.
Det er ingen tvil om at den unike MuWNS-teknologien basert på myoner vil bli tatt i bruk, for under visse forhold er denne navigasjonen uforlignelig bedre enn GPS. Når det er nødvendig å navigere under bakken eller under vann, for eksempel under rednings- eller geologiske ekspedisjoner, vil et slikt navigasjonssystem, selv om det er utplassert lokalt, være en av de mest effektive lokalisatorene som vitenskapen tillater oss. Kanskje ville det med dens hjelp vært mulig å redde passasjerene og besetningsmedlemmene bathyscaphe "Titan", som nylig sank i vannet i Stillehavet.
Les også: