Впервые в мире исследователи из Токийского университета использовали сверхбыстрые субатомные частицы, известные как мюоны, для осуществления беспроводной навигации под землей. Об этом сообщает сайт SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Система глобального позиционирования GPS является хорошо зарекомендовавшим себя навигационным инструментом и находит множество применений: от более безопасных авиаперелетов до картографирования местоположения в реальном времени, однако она имеет некоторые ограничения. Сигналы GPS слабеют на более высоких широтах, могут быть заглушены или подделаны, а также практически не способны проходить сквозь прочные здания, камни или воду.
В то же время мюоны за последние годы не раз попадали в заголовки новостей благодаря своей способности проникать всюду и помогать заглядывать глубоко внутрь вулканов, циклонов и египетских пирамид. «Мюоны космических лучей падают равномерно, постоянно и часто по всей Земле (около 10 000 частиц на квадратный метр в минуту) и всегда движутся с одинаковой скоростью, независимо от того, какую материю они пересекают, проникая даже в километры горных пород», – указал профессор Токийского университета Хироюки Танака.
Используя мюоны, японские исследователи разработали дополняющий вариант к GPS, названный ими мюометрической системой позиционирования (MuPS), которая способна устойчиво работать под землей, в помещениях и под водой.
Первоначально MuPS была создана для обнаружения изменений морского дна, вызванных подводными вулканами или тектоническими движениями. Система использует четыре надземные базовые станции, обнаруживающие мюоны, для предоставления координат подземному приемнику, также обнаруживающему мюоны.
Ранние версии этой технологии требовали подключения приемника к наземной станции по проводам, 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 точно определить координаты приемника. Эта новая система стала называться мюометрической беспроводной навигационной системой (MuWNS).
Для проверки навигационных возможностей MuWNS эталонные детекторы были размещены на шестом этаже здания, а детектор-приемник – на цокольном этаже. Тестеры медленно ходили взад и вперед по коридорам подвала, держа в руках приемный модуль. Вместо задач навигации в реальном времени были проведены измерения, которые использовались для расчета маршрута и подтверждения пройденного пути.
«Установленная при тестировании точность MuWNS составила от 2 до 25 метров, а дальность действия – до 100 метров, в зависимости от глубины и скорости идущего человека. Это так же хорошо, если не лучше, чем одноточечное GPS-позиционирование над землей в городских районах. Но до практической стадии этого еще недостаточно. Людям нужна точность до одного метра, и ключом к этому является синхронизация времени», – отметил Танака.
Улучшение этой системы для обеспечения навигации в реальном времени с точностью до метра зависит от времени и денег. В идеале исследователи хотят использовать атомные часы (CSAC). «Они уже коммерчески доступны и на два порядка точнее кварцевых часов, которые мы используем в настоящее время. Но сейчас они слишком дороги, хотя я предвижу, что со временем они станут намного дешевле, поскольку увеличится глобальный спрос на CSAC для мобильных телефонов», – пояснил Танака.
По его оценке, усовершенствованную MuWNS можно будет использовать для навигации подводных роботов или для управления автономными транспортными средствами под землей. Помимо атомных часов, все остальные электронные компоненты MuWNS теперь можно миниатюризировать, поэтому японские исследователи надеются, что в конечном итоге установка их в портативные устройства, такие мобильный телефон, станет осуществимой. В чрезвычайных ситуациях, таких как обрушение здания или шахты, это может серьезно облегчить работу поисково-спасательных команд.