Разработан подземный GPS на основе сверхбыстрых частиц космических лучей
Инженеры из Токийского университета разработали новый тип навигационной системы – мюометрическую систему позиционирования (muPS). Она работает под землей, в помещении и под водой. Разработка поможет при проведении спасательных работ, подземных и подводных исследований.
Исследователи впервые использовали сверхбыстрые субатомные частицы – мюоны – для беспроводного перемещения под землей. Используя наземные станции обнаружения мюонов, синхронизированных с подземным приемником, инженеры рассчитали положение приемника в подвале шестиэтажного дома.
Ученые использовали высокоточные кварцевые часы для синхронизации наземных станций с приемником. Четыре параметра, предоставляемых опорными станциями, и синхронизированные часами, используемые для измерения времени полета мюонов, позволяют определить координаты приемника.
“Мюоны космических лучей все равно падают на Землю и всегда двигаются с одной и той же скоростью, независимо от того, через какую материю они проходят, проникая даже через километры горных пород”, – говорит Хироюки Танака, профессор Токийского университета и соавтор исследования
Чтобы проверить навигационные возможности новой системы, эталонные детекторы были размещены на шестом этаже здания, а навигатор перенес приемный детектор на цокольный этаж. Исследователи перемещали детектор по коридорам подвала. Вместо навигации в реальном времени в эксперименте исследователи использовали собранные данные для расчета маршрута и подтверждения прошедшего пути.
Анализ показал, что текущая точность предлагаемой системы составляет от 2 до 25 м с диапазоном до 100 м и меняется в зависимости от глубины и скорости движения. Эти результаты соответствуют точности позиционирования GPS на поверхности Земли. Улучшение синхронизации времени позволит повысить точность до одного метра.
В будущем предлагаемую технологию можно будет использовать для навигации работающих под водой роботов или для управления автономными транспортными средствами под землей. Помимо атомных часов все остальные электронные компоненты MuWNS могут быть миниатюризированы. Исследователи планируют создать достаточно маленькое устройство, чтобы его можно было интегрировать в портативные устройства, например смартфоны.
東大、岩盤を透過するミューオンを活用した地下ナビゲーション技術を開発https://t.co/TJQI7rfpxh
— Guppy@ロケみる集会 (@guppy0228) June 19, 2023
東大が無線muPS技術を開発。岩盤を貫通するミューオンを使い、地下空間のナビゲーション可能に。4つの地上局で受信機位置と時間を導出。自律移動ロボットに実装し、各種サービスを自動化する。