מערכת מיקום משתמשת במואונים קוסמיים כדי לנווט מתחת לאדמה - עולם הפיזיקה

מיואונים קוסמיים יכולים לספק חלופה מעשית למערכות לוויין ניווט גלובליות (GNSSs) במקומות שאותות רדיו לא יכולים להגיע אליהם. זו המסקנה של שיתוף הפעולה muPS, שיצר מערכת שעבדה עמוק במרתף של בניין אוניברסיטה. צוות muPS הובל על ידי הירויוקי טנאקה באוניברסיטת טוקיו, והמערכת החדשה שלה יכולה לאפשר למשתמשים לנווט בסביבות פנימיות, תת קרקעיות ותת ימיות.

GNSSs כגון GPS פועלים על ידי העברת אותות רדיו מקבוצת לוויינים למקלט על הקרקע. בעוד ש-GNSS חוללו מהפכה בדרך שבה אנו מתניידים, אותות GNSS מוחלשים במהירות על ידי חומרים כמו מתכת, בטון, סלע ומים - מה שמגביל את השימוש בהם בתוך הבית, מתחת לאדמה ומתחת למים.

בשנת 2020 הצוות של טנאקה הציג גישה חדשה לגמרי שעוקבת אחר מיקומו של מקלט באמצעות מיואונים קוסמיים. חלקיקים אלו נוצרים כאשר קרניים קוסמיות עתירות אנרגיה מתנגשות באטמוספירה של כדור הארץ, והן יורדות עלינו כל הזמן גשם.

נע בין הרים

"מיוונים קוסמיים אינם יורטים כמו גלי רדיו, מכיוון שהם יכולים לחדור אפילו דרך פירמידות או הרים, מה שהופך את הטכניקה למתאימה לניווט אוניברסלי פנימי או תת קרקעי", מסביר טנאקה.

מערכת הניווט האלחוטית muPS (muWNS) מכונה על ידי ממציאיה, המערכת מחליפה לוויינים ברשת של שלושה או יותר גלאי מיאון ייחוס, המסונכרנים עם גלאי מקלט. גלאי ייחוס אלה יכולים להיות מוצבים על גגות או קומות גבוהות יותר עבור ניווט בתוך הבית, או בגובה פני הקרקע או הים עבור ניווט בסביבות תת-קרקעיות או תת-מימיות.

המערכת פועלת על ידי זיהוי מיואונים שעברו דרך אחד מגלאי הייחוס ולאחר מכן עברו דרך המקלט. מיואונים אלה נעים קרוב למהירות האור, מה שמאפשר ל-muWNS לחשב את המרחק בין גלאי הייחוס למקלט. על ידי ביצוע זה מספר פעמים באמצעות גלאי ייחוס שונים, המערכת משתמשת בטריאנגולציה כדי לקבוע את מיקום המקלט.

למרות שהרעיון פשוט, הצוות של Tanaka נאלץ להתגבר על מספר אתגרים תוך כדי פיתוח muWNS. התכנון הראשוני דרש את החיבור של המקלט לכל גלאי ייחוס כדי להבטיח סנכרון זמן מדויק, מה שהגביל מאוד את הטווח והתועלת של המערכת.

שמירת זמן מדויקת

כדי לעקוף את הבעיה הזו, הצוות התאים לגלאים שעוני קריסטל קוורץ מדויקים במיוחד, שהיו מסונכרנים כדי לאפשר להם להשוות זמני הגעה של מיאון באופן אלחוטי.

החוקרים גם הצליחו לשפר את הדיוק של המערכת הראשונית שלהם. "כאשר הדגמה muWNS בפעם הראשונה לפני כשנה, דיוק הניווט היה עד ל-10 מ' בלבד", נזכרת טנאקה. "זה רחוק מהרמה המספקת ליישום מעשי."

על ידי שיפור נוסף של דיוק השעונים, הצוות צמצם כעת באופן משמעותי את השגיאות המצטברות בתזמונים. בהדגמה האחרונה, הצוות של Tanaka הראה כי muWNS כעת מדויק מספיק כדי להיות שימושי לניווט בתוך הבית.

במחקר חדש, החוקרים השתמשו ב-muWNS כדי לעקוב אחר מסלול של משתמש על פני קומת המרתף של המכון למדעי התעשייה של אוניברסיטת טוקיו - אזור שלא ניתן להגיע אליו באמצעות GNSS קונבנציונלי. הדבר נעשה באמצעות גלאי ייחוס שהוצבו בקומה השישית של הבניין.

שיפור ניכר

כאשר המשתמש היה בטווח קרוב עם גלאי הייחוס, המערכת הראתה שיפור ניכר. "הדיוק הנוכחי של muWNS הוא 2-25 מ', עם טווח של עד 100 מ', תלוי בעומק ובמהירות של האדם ההולך", מסביר טנאקה. "זה טוב כמו, אם לא טוב יותר מאשר, מיקום GPS בנקודה אחת מעל הקרקע באזורים עירוניים."

כור גרעיני משוחזר בתלת מימד באמצעות הדמיית מיאון

עם זאת, טנאקה אומר שעדיין יש הרבה מקום לשיפור. "MuWNS עדיין רחוק מלהיות מעשי. אנשים צריכים דיוק של מטר אחד, והמפתח לכך הוא סנכרון הזמן".

החוקרים מקווים שניתן לבצע שיפורים עתידיים על ידי שימוש בשעונים אטומיים בקנה מידה שבב לתזמון. שעונים אלו הם בסדר גודל מדויקים יותר מגבישי קוורץ, אך הם יקרים מדי כיום לשימוש מעשי. הצוות של טנאקה מתכוון גם למזער את רכיבי המערכת, ומאמין שזה יכול להתאים בסופו של דבר למכשיר כף יד.

המחקר מתואר ב iScience.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/positioning-system-uses-cosmic-muons-to-navigate-underground/