Mioni za navigaciju pod zemljom i vodom

Istraživači Sveučilišta u Tokiju koristili su super brze subatomske čestice poznate kao mioni (muoni) kako bi omogućili bežičnu podzemnu navigaciju.

Znanstvenici su koristili zemaljske postaje koje detektiraju mione, koordinirajući ih s podzemnim prijamnikom, kako bi odredili lokaciju prijamnika u podrumu šesterokatnice.

Budući da je GPS neučinkovit kroz stijene i vodu, ova tehnologija u nastajanju obećava buduće primjene kao što su misije potrage i spašavanja, nadzor podvodnih vulkana i usmjeravanje autonomnih vozila u podzemnim i vodenim okruženjima.

Umjetničku vizualizaciju tuširanja Zemlje mionima možete pogledati u ovom videu.

"Mioni kozmičkih zraka jednako padaju preko Zemlje i uvijek putuju istom brzinom bez obzira na materiju kojom prolaze, prodirući čak i kilometrima u stijenu", objasnio je profesor Hiroyuki Tanaka sa Sveučilišta u Tokiju. "Sada, koristeći mione, razvili smo novu vrstu GPS-a, koju smo nazvali muometrijski sustav za pozicioniranje (muPS), koji radi pod zemljom, u zatvorenom i pod vodom."

MuPS je prvobitno stvoren kako bi pomogao u otkrivanju promjena morskog dna uzrokovanih podvodnim vulkanima ili tektonskim pokretima. Koristi četiri nadzemne referentne stanice za detekciju miona kako bi osigurao koordinate za podzemni prijemnik koji detektira mione.

Rane iteracije ove tehnologije zahtijevale su da prijamnik bude povezan sa zemaljskom stanicom žicom, što je uvelike ograničavalo kretanje. Međutim, ovo najnovije istraživanje koristi visoko precizne kvarcne satove za sinkronizaciju zemaljskih stanica s prijamnikom.

Četiri parametra koje osiguravaju referentne stanice plus sinkronizirani satovi koji se koriste za mjerenje "vremena leta" miona omogućuju određivanje koordinata prijemnika. Ovaj novi sustav naziva se miometrijski bežični navigacijski sustav (MuWNS).

"Trenutna točnost MuWNS-a je između 2 i 25 metara, s rasponom do 100 metara, ovisno o dubini i brzini osobe koja hoda. Ovo je jednako dobro, ako ne i bolje od GPS pozicioniranja u jednoj točki iznad zemlje u urbanim područjima," rekao je Tanaka. "Ali još je daleko od praktične razine. Ljudi trebaju točnost od jednog metra, a ključ za to je sinkronizacija vremena."

Poboljšanje ovog sustava kako bi se omogućila navigacija točna do metra u stvarnom vremenu ovisi o vremenu i novcu. U idealnom slučaju, tim želi koristiti atomske satove na čipu (CSAC) koji su već komercijalno dostupni i dva su reda veličine bolji od kvarcnih satova koje trenutno koristimo. "Međutim, sada su preskupi da bismo ih koristili. No, predviđam da će postati puno jeftiniji kako se globalna potražnja za CSAC-om za mobilne telefone bude povećavala," rekao je Tanaka.

MuWNS bi se jednog dana mogao koristiti za navigaciju robota koji rade pod vodom ili za vođenje autonomnih vozila ispod zemlje. Osim atomskog sata, sve ostale elektroničke komponente MuWNS-a mogu se minijaturizirati, pa se tim nada da će s vremenom biti moguće ugraditi ih u ručne uređaje, poput pametnog telefona.

Znanstveni rad objavljen u časopisu Science možete pronaći na ovoj poveznici.