En grupp japanska utvecklare presenterade nyligen ett nytt MuWNS-navigeringssystem som kommer att fungera under jord och under vatten. Systemets funktion är baserad på användningen av kosmiska strålar.
Räckvidden för GPS-satellitnavigering är, paradoxalt nog, mycket begränsad. Trots att satelliterna som kopplar oss till navigationssystemet ligger 20 000 km bort. Ja, de flyger högt över ytan. Därför räcker det bara med ett tjockt tak eller nedstigning i källaren för att systemet ska sluta fungera. Detta kan dock förändras med användningen av... kosmisk strålning för navigering.
Satellitnavigering, lika fenomenal som den är och ofta livräddande (för att inte tala om att göra det lättare varje dag), har sina begränsningar. De idealiska förhållandena för att ett sådant system ska fungera smidigt är en klar himmel och en anslutning som inte är blockerad av träd eller, ännu mer, byggnader. Annars kanske signalen helt enkelt inte når vår enhet från satelliten och vice versa.
Dessa begränsningar beror på det faktum att satellitnavigering använder en radiosignal som inte kan övervinna många av de hinder som omger oss varje dag. Precis som klassisk radiokommunikation har problem när vi befinner oss i en hiss, i en källare eller ett underjordiskt garage, har inte signalen från en satellit tillräckligt med kraft för att bryta igenom flera meter av hinder. För 20 000 km är ganska långt för radiovågor och hinder i vägen.
Också intressant: Hur Taiwan, Kina och USA kämpar för teknisk dominans: det stora chipkriget
Muon istället för radio
Nyligen har dock forskare vid University of Tokyo utvecklat myonbaserad trådlös navigationsteknik som kan användas var som helst på jorden, även djupt under jorden och under vattnet. Studien publicerades i tidskriften iScience. vem bryr sig kan lära känna honom i mer detalj. Vi kommer att försöka förklara allt i enkla ord.
Vad är muoner? Dessa är instabila laddade elementarpartiklar som har störst penetreringsförmåga. De kan fås i laboratoriet, men det viktigaste är att ett kraftfullt flöde av myoner hela tiden når jorden i form av kosmiska strålar som tränger in nästan 2 km djupt in i vår planet. Ungefär 10 XNUMX myoner per minut faller på varje kvadratmeter av jordens yta.
Under de senaste åren har myoner väckt stor uppmärksamhet av forskare. Det är på grund av den utmärkta penetreringsförmågan som muoner kan användas för att studera vulkanernas djup, titta in i pyramidernas hjärta och studera cyklonernas inre struktur. Dessutom förblir myoner immuna mot störningar.
"Kosmiska strålmyoner faller lika mycket på jorden och rör sig alltid med konstant hastighet, oavsett vilken materia de korsar, övervinner till och med ett kilometer lager av stenar"”, förklarade professor Hiroyuki Tanaka från Muographix vid University of Tokyo. "Nu har vi, med hjälp av myoner, utvecklat en ny typ av navigering, som vi har kallat ett Muometric Positioning System (muPS), som fungerar under jord, inomhus och under vatten.".
Den föreslagna tekniken kallas muometriskt trådlöst navigationssystem (MuWNS), som kan översättas som "myometriskt trådlöst navigationssystem". Det förbättrar en teknik som tidigare utvecklats av samma forskare som använde myoner för att analysera rörelser av tektoniska plattor. Sådana studier hjälpte till att övervaka rörelsen av tektoniska plattor och, baserat på detta, ge tidig varning om möjliga jordbävningar.
Också intressant: Allt om USB-specifikationer och hur USB Type-C skiljer sig från USB Type-A
Mäta avstånd med MuWNS
Navigering kräver dock att man jämför avstånd från minst fyra punkter för att exakt bestämma position i en 3D-miljö. Myoner når jorden i en kontinuerlig ström. Men deras enkla upptäckt ger inte mycket. Därför är det nödvändigt att skapa ett kommunikationssystem mellan de fyra stationerna och enheten vars position vi vill spåra. I praktiken betyder det att motsvarigheten till MuWNS-satelliter inte nödvändigtvis behöver vara i omloppsbana, utan kan installeras på jordens yta. Det vill säga, dessa är markbasstationer.
Den första versionen av tekniken som användes för att studera tektoniska plattor var trådbunden, vilket innebär att signalen till och från varje sändare skickades genom fysiska ledningar. Detta gör det dock helt omöjligt att använda den för effektiv navigering. För det här är en ganska krånglig och dyr sak.
Lösningen på problemet visade sig vara ganska enkel. Exakta kvartsklockor användes för trådlös synkronisering av detektorer och mottagare. Beskrivningen av MuWNS lyder som följer:
"Fyra parametrar som tillhandahålls av basstationer och synkroniserade kvartsklockor som används för att mäta myon 'time-of-flight' gör att mottagarkoordinater kan bestämmas."
I ett av de första experimenten hittades en mottagare i källaren med hjälp av en station på sjätte våningen i byggnaden. Detta är otroligt, eftersom GPS-systemet definitivt inte skulle ha klarat en sådan uppgift.
För testning placerade forskare detektorerna på sjätte våningen i byggnaden och detektor-mottagaren i källaren. Forskarna rörde sig försiktigt genom källarkorridorerna, istället för att använda navigering, gjorde realtidsmätningar för att bestämma sin kurs och verifiera vägen de tog.
Som ett resultat av experimentet visade det sig att noggrannheten för MuWNS är från 2 till 25 m, med en räckvidd på upp till 100 m, beroende på djupet och hastigheten för mänsklig rörelse. Det är lika bra, om inte bättre, än enpunkts GPS-positionering över marken i stadsområden. Men den praktiska nivån är fortfarande långt borta. Människor behöver noggrannhet ner till en meter, och tidssynkronisering är nyckeln till det.
Läs också: Allt du behöver veta om Copilot från Microsoft
Det kommer inte att ersätta GPS, men det kommer att rädda liv
Så det nya MuWNS-navigationssystemet är fortfarande på utvecklings- och experimentstadiet. Det är fortfarande ganska rått, det är inte tal om att använda det i skalan av ens en stad.
Dessutom kommer detta system i praktiken att bli mycket dyrare, vilket kan begränsa dess praktiska användning. Dessutom, för global användning, måste basstationer av denna typ av navigering distribueras över hela världen, som telekommunikationsstationer för mobil kommunikation nu är. Som jämförelse förlitar sig hela GPS-systemet på endast 31 satelliter i jordens omloppsbana.
Det andra problemet är noggrannheten. Även om vi kan "se" mer än 1,5 km under jorden med hjälp av MuWNS-navigationssystemet, tillåter användningen av kvartsklockor för tidssynkronisering oss att orientera oss mot statiska objekt, eftersom snabba rörelser kommer att orsaka lokaliseringsfel. Atomklockchips skulle teoretiskt kunna lösa detta problem, men de kostar för närvarande $2000 XNUMX eller mer, så det skulle avsevärt öka kostnaden för varje enhet (smarttelefon, smartklocka, etc.) som skulle använda denna teknik med åtminstone det beloppet.
Att förbättra detta system, vilket skulle göra realtidsnavigering mycket mer exakt, tar tid och pengar. Helst vill teamet använda atomklockor i chipskala (CSAC), eftersom CSAC redan är kommersiellt tillgängliga och bättre än nuvarande kvartsklockor. Men de är för dyra för oss nu. Men med tiden kommer de förhoppningsvis att bli mycket billigare i takt med att den globala efterfrågan på CSAC för mobiltelefoner växer.
Det kommer att dröja minst 5 år innan denna teknik är fullt utvecklad och allmänt tillgänglig. Forskare har redan påbörjat arbetet med nästa version av MuWNS, kallad Vector muPS, som inte kommer att kräva atomklockor i realtid och därmed lösa ett av de största problemen med tekniken.
I framtiden kan MuWNS användas för att styra obemannade fordon under jord eller styra undervattensrobotar. Förutom atomklockan kan alla andra elektroniska delar av MuWNS miniatyriseras, och utvecklingsteamet förväntar sig att det snart kommer att vara möjligt att integrera MuWNS i bärbara enheter som en telefon. Detta kan förändra hur sök- och räddningsteam arbetar i nödsituationer, som en byggnad eller en stenkollaps i en gruva.
Det råder ingen tvekan om att den unika MuWNS-tekniken baserad på myoner kommer att användas, eftersom denna navigering under vissa förhållanden är ojämförligt bättre än GPS. När det är nödvändigt att navigera under marken eller under vattnet, till exempel under räddnings- eller geologiska expeditioner, kommer ett sådant navigationssystem, även om det är utplacerat lokalt, att vara en av de mest effektiva lokaliseringarna som vetenskapen tillåter oss. Kanske hade det med dess hjälp varit möjligt att rädda passagerarna och besättningsmedlemmarna bathyscaphe "Titan", som nyligen sjönk i Stilla havets vatten.
Läs också: