Sistem pemosisian menggunakan muon kosmik untuk bernavigasi di bawah tanah – Dunia Fisika

Muon kosmik dapat memberikan alternatif praktis untuk sistem satelit navigasi global (GNSS) di tempat-tempat di mana sinyal radio tidak dapat dijangkau. Demikian kesimpulan dari kerjasama muPS, yang telah menciptakan sistem yang bekerja jauh di dalam ruang bawah tanah sebuah gedung universitas. Tim muPS dipimpin oleh Hiroyuki Tanaka di Universitas Tokyo, dan sistem barunya memungkinkan pengguna untuk bernavigasi di lingkungan dalam ruangan, bawah tanah, dan bawah air.

GNSS seperti GPS bekerja dengan mentransmisikan sinyal radio dari sekelompok satelit ke penerima di darat. Sementara GNSS telah merevolusi cara kita bergerak, sinyal GNSS dengan cepat dilemahkan oleh material seperti logam, beton, batu, dan air – membatasi penggunaannya di dalam ruangan, bawah tanah, dan bawah air.

Pada tahun 2020, tim Tanaka memperkenalkan pendekatan baru yang melacak posisi penerima menggunakan muon kosmik. Partikel-partikel ini tercipta ketika sinar kosmik berenergi tinggi bertabrakan dengan atmosfer bumi, dan mereka terus menghujani kita.

Bergerak melalui pegunungan

"Muon kosmik tidak dicegat seperti gelombang radio, karena mereka dapat menembus bahkan melalui piramida atau pegunungan, membuat teknik ini cocok untuk navigasi universal dalam ruangan atau bawah tanah," jelas Tanaka.

Dijuluki Sistem Navigasi Nirkabel muPS (muWNS) oleh penemunya, sistem ini menggantikan satelit dengan jaringan tiga atau lebih detektor muon referensi, yang disinkronkan dengan detektor penerima. Detektor referensi ini dapat dipasang di atap atau lantai yang lebih tinggi untuk navigasi dalam ruangan, atau di permukaan tanah atau laut untuk navigasi melalui lingkungan bawah tanah atau bawah air.

Sistem bekerja dengan mengidentifikasi muon yang telah melewati salah satu detektor referensi dan kemudian melewati penerima. Muon ini bergerak mendekati kecepatan cahaya, yang memungkinkan muWNS menghitung jarak antara detektor referensi dan penerima. Dengan melakukan ini beberapa kali menggunakan detektor referensi yang berbeda, sistem menggunakan triangulasi untuk menentukan posisi penerima.

Meski konsepnya sederhana, tim Tanaka harus mengatasi beberapa tantangan saat mengembangkan muWNS. Rancangan awal mengharuskan penerima untuk disambungkan ke setiap detektor referensi untuk menjamin sinkronisasi waktu yang tepat, yang sangat membatasi jangkauan dan kegunaan sistem.

Ketepatan waktu

Untuk mengatasi masalah ini, tim memasang detektor dengan jam kristal kuarsa ultra-presisi, yang disinkronkan untuk memungkinkan mereka membandingkan waktu kedatangan muon secara nirkabel.

Para peneliti juga berhasil meningkatkan akurasi sistem awal mereka. “Saat muWNS didemonstrasikan pertama kali sekitar setahun yang lalu, akurasi navigasinya hanya sampai 10 m,” kenang Tanaka. “Ini jauh dari tingkat memuaskan untuk implementasi praktis.”

Dengan semakin meningkatkan keakuratan jam, tim kini telah secara signifikan mengurangi kesalahan yang terakumulasi dalam pengaturan waktu. Dalam demonstrasi terbaru, tim Tanaka telah menunjukkan bahwa muWNS sekarang cukup akurat untuk digunakan dalam navigasi dalam ruangan.

Dalam sebuah studi baru, para peneliti menggunakan muWNS untuk melacak rute pengguna melintasi lantai dasar Institut Ilmu Industri Universitas Tokyo – area yang tidak dapat dijangkau oleh GNSS konvensional. Ini dilakukan dengan menggunakan detektor referensi yang ditempatkan di lantai enam gedung.

Peningkatan yang nyata

Saat pengguna berada dalam jarak dekat dengan detektor referensi, sistem menunjukkan peningkatan yang nyata. “Akurasi muWNS saat ini adalah 2–25 m, dengan jangkauan hingga 100 m, tergantung kedalaman dan kecepatan orang yang berjalan,” jelas Tanaka. “Ini sama bagusnya dengan, jika tidak lebih baik dari, penentuan posisi GPS satu titik di atas permukaan tanah di daerah perkotaan.”

Reaktor nuklir direkonstruksi dalam 3D menggunakan pencitraan muon

Namun, Tanaka mengatakan masih banyak ruang untuk perbaikan. “MuWNS masih jauh dari praktis. Orang membutuhkan akurasi satu meter, dan kuncinya adalah sinkronisasi waktu.”

Para peneliti berharap perbaikan di masa depan dapat dilakukan dengan menggunakan jam atom skala chip untuk pengaturan waktu. Jam ini adalah urutan besarnya lebih tepat daripada kristal kuarsa, tetapi saat ini terlalu mahal untuk penggunaan praktis. Tim Tanaka juga bermaksud untuk membuat miniatur komponen sistem, dan percaya bahwa pada akhirnya dapat masuk ke perangkat genggam.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam iSains.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Otomotif / EV, Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• BlockOffset. Modernisasi Kepemilikan Offset Lingkungan. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/positioning-system-uses-cosmic-muons-to-navigate-underground/