Исследователи вновь раздвигают границы наших навигационных технологий с помощью потенциально революционного изобретения: системы позиционирования «GPS», основанной на субатомных частицах, известных как мюоны. Эта инновационная технология, получившая название Muometric Wireless Navigation System (MuWNS), была разработана группой исследователей из Токийского университета. Отличительной особенностью этой системы является ее способность работать под землей, под водой и внутри зданий. В отличие от традиционных систем GPS, работе которых могут мешать физические препятствия, MuWNS обеспечивает надежное и точное определение местоположения в самых сложных условиях. Команда опубликовала результаты своих исследований в журнале .
Ключевыми игроками в системе оказались мюоны — частицы, образующиеся в результате взаимодействия космических лучей с верхней атмосферой Земли. Эти частицы, которые в 207 раз массивнее электронов, обладают уникальными характеристиками, которые дают им большое преимущество перед традиционными сигналами GPS. Последние имеют тенденцию ослабевать на высоте и под землей.
Сила мюонов заключается в их способности проходить через любой материал с постоянной скоростью. Эта особенность побудила исследователей использовать этот постоянный поток частиц для составления карт труднодоступных мест, таких как пирамиды, вулканы и даже внутренности ядерных реакторов.
Но как это можно применить к навигационной системе?
MuWNS работает на основе умной системы обнаружения потока мюонов. Она сочетает в себе опорные детекторы, расположенные на поверхности, и детектор-приемник, размещенный под землей. Такая конфигурация позволяет собирать данные, необходимые для точной триангуляции местоположения. Опорные детекторы улавливают потоки мюонов, проходящие через атмосферу Земли. Анализируя направление и интенсивность этих потоков частиц, система может определить точное положение детектора-приемника.
Полученные данные позволяют проследить траектории мюонов и составить точную карту подземного пространства. Такая возможность визуализации подземных структур открывает многообещающие перспективы для мониторинга вулканов, поисково-спасательных операций и других областей, требующих точной локализации в сложных условиях.
Для обеспечения точной синхронизации между детекторами в MuWNS используются высокоточные кварцевые часы. Они обеспечивают точность данных позиционирования. Такая точность времени вносит существенный вклад в надежность и качество системы.
Убедительное испытание: путь к миниатюрной интеграции
Мюометрическая навигация стала предметом многообещающего испытания, которое продемонстрировало ее эффективность и потенциал. Исследовательская группа протестировала детектор-приемник на человеке в подвале здания, в то время как эталонные детекторы были расположены на 6-м этаже. Результаты оказались впечатляющими: система смогла проследить маршрут человека, следуя траекториям мюонов.
Эти обнадеживающие результаты открывают путь к новым достижениям в области навигации и локализации. Теперь ученые переходят к следующему этапу разработки, который включает в себя создание миниатюрной системы. Цель состоит в том, чтобы сделать ее достаточно компактной и портативной, чтобы ее можно было интегрировать в широко используемые устройства, такие как смартфоны. Миниатюризируя MuWNS, исследователи надеются сделать доступ к этой революционной технологии доступным и предложить точное и надежное навигационное решение более широкому кругу пользователей.