GPS dabar yra kasdienio gyvenimo pagrindas, padedantis mums nustatyti vietą, naviguoti, sekti, sudaryti žemėlapius ir nustatyti laiką įvairiose programose. Tačiau jis turi tam tikrų trūkumų, ypač negalėjimą praeiti pro pastatus, uolas ar vandenį. Štai kodėl japonų mokslininkai sukūrė alternatyvią radijo navigacijos sistemą, kuri remiasi kosminiais spinduliais arba miuonais, o ne radijo bangomis. naujas lapas Paskelbta žurnale iScience. Komanda atliko pirmąjį sėkmingą bandymą, o paieškos ir gelbėjimo komandos vieną dieną galės panaudoti sistemą, pavyzdžiui, nukreipti robotus po vandeniu arba padėti autonominėms transporto priemonėms naršyti po žeme.

„Kosminių spindulių miuonai tolygiai krinta per Žemę ir visada keliauja tuo pačiu greičiu, nesvarbu, per kokią medžiagą jie praeina, prasiskverbdami net kilometrais į uolieną. sakė bendraautorius Hiroyuki Tanaka į Muographix Tokijo universitete, Japonijoje. „Dabar, naudodami miuonus, sukūrėme naujo tipo GPS, kurį pavadinome muPS, kuris veikia po žeme, patalpose ir po vandeniu.

Kaip minėta anksčiau, yra ilga miuonų naudojimo istorija Archeologinių statinių vaizdasŠis procesas yra lengvesnis, nes kosminiai spinduliai užtikrina nuolatinį šių dalelių tiekimą. Taip pat naudojamas muonas Chase nelegaliai persikėlė Branduolinės medžiagos sienos kirtimo punktuose ir aktyvių ugnikalnių stebėjimas, tikintis aptikti, kada jie gali išsiveržti. 2008-aisiais dirbo Teksaso universiteto Ostine mokslininkaiSenoviniai miuonų detektoriai pakartotinai naudojami ieškant galimų paslėptų majų griuvėsių Belize. Los Alamos nacionalinės laboratorijos fizikai sukūrė nešiojamas miuonų vaizdavimo sistemų versijas, kad atskleistų kupolo (Il Duomo) pastatymo paslaptis. Marijos Veneros katedra Florencijoje, Italijoje, XV amžiaus pradžioje jį suprojektavo Filippo Brunelleschi.

2016 metais mokslininkai panaudojo miuonų vaizdavimą Paimkite signalus Tai rodo perėjimą, paslėptą už garsiųjų ševronų blokų šiauriniame sienos paviršiuje Didžioji Gizos piramidė Egipte. Kitais metais ta pati komanda aptiko paslaptingą tuštumą kitoje piramidės vietoje, manydama, kad tai gali būti paslėpta kamera, kuri vėliau buvo nudažyta naudojant dvi skirtingas miuono vaizdavimas Metodai. Ir tik praėjusį mėnesį mokslininkai naudojo miuonų vaizdus, ​​​​kad aptiktų kamerą, anksčiau paslėptą senovės Neapolio nekropolio griuvėsiuose, maždaug 10 metrų (apie 33 pėdų) žemiau dabartinio Neapolio, Italijoje.

Robotai ir autonominės transporto priemonės vieną dieną gali būti paplitę namuose, ligoninėse, gamyklose ir kasybos operacijose, taip pat paieškos ir gelbėjimo misijose, tačiau kol kas nėra universalios navigacijos ir padėties nustatymo priemonės, sako Tanaka. ir kt. Kaip minėta, GPS negali prasiskverbti po žeme ar po vandeniu. RFID technologijos gali pasiekti gerą tikslumą naudojant mažas baterijas, tačiau tam reikia valdymo centro su serveriais, spausdintuvais, monitoriais ir kt. Negyva paskyra kenčia nuo chroniškų įvertinimo klaidų ir nėra jokios išorinės užuominos pataisyti. Akustiniai metodai, lazerinis skenavimas ir lidaras taip pat turi trūkumų. Taigi Tanaka ir kolegos, kurdami savo alternatyvią sistemą, kreipėsi į miuonus.

Miuonų vaizdavimo metodai paprastai apima dujomis užpildytas kameras. Kai miuonai prasiskverbia pro dujas, jie susiduria su dujų molekulėmis ir skleidžia šviesos blyksnį (blyksnį), kurį užfiksuoja detektorius, leidžiantis mokslininkams apskaičiuoti dalelės energiją ir trajektoriją. Jis panašus į rentgeno spindulius arba į žemę skverbiasintį radarą, išskyrus tai, kad vietoj rentgeno ar radijo bangų natūraliai atsiranda didesnės energijos miuonai. Ši didelė energija leidžia atvaizduoti tankią, tankią medžiagą. Kuo tankesnis vaizduojamas objektas, tuo daugiau miuonų blokuojama. „Muographix“ sistema remiasi keturiomis antžeminėmis miuonų aptikimo etaloninėmis stotimis, kurios veikia kaip koordinatės miuonų aptikimo imtuvams, kurie yra dislokuoti po žeme arba po vandeniu.

Komanda dirigavo pirmasis teismas iš daugybės miuonų pagrindu sukurtų povandeninių jutiklių 2021 m., kurie bus naudojami greitai besikeičiančioms potvynio sąlygoms Tokijo įlankoje aptikti. Jie įdėjo dešimt miuonų detektorių Tokyo Bay Aqua Line aptarnavimo tunelyje, esančiame maždaug 45 metrai (147 pėdos) žemiau jūros lygio. Jie sugebėjo atvaizduoti jūrą virš tunelio su 10 metrų (apie 33 pėdų) erdvine ir 1 metro (3,3 pėdos) laiko skiriamąja geba, o tai pakanka parodyti sistemos gebėjimą pajusti galingas audros bangas ar cunamius.

Masyvas buvo išbandytas tų pačių metų rugsėjį, kai iš pietų atkeliavęs taifūnas užklupo Japoniją, sukeldamas vandenyno bangavimą ir cunamį. Perteklinis vandens tūris šiek tiek padidėjo miuonų sklaida, ir šis skirtumas gerai sutampa su kitais vandenyno infliacijos matavimais. Ir pernai Tanakos komanda pranešė, kad tai padarė Sėkmingai nufilmuota Tornado vertikalus profilis naudojant rentgenogramas, parodantis tornado skerspjūvius ir atskleidžiantis intensyvumo skirtumus. Jie atrado, kad šiltos šerdies tankis buvo mažas, priešingai nei šalta, aukšto slėgio išorinė dalis. Kartu su esamomis palydovinio sekimo sistemomis radiografinis vaizdas gali pagerinti uraganų prognozes.

Ankstesnės komandos iteracijos prijungė imtuvą prie antžeminės stoties laidu, kuris labai apribojo judėjimą. Ši nauja versija – Muometrinė belaidė navigacijos sistema arba MuWNS – kaip rodo pavadinimas, yra visiškai belaidė ir naudoja labai tikslius kvarcinius laikrodžius antžeminėms stotims sinchronizuoti su imtuvu. Kombinuotos atskaitos stotys ir sinchroniniai laikrodžiai leidžia nustatyti imtuvo koordinates.

Bandomajam važiavimui antžeminės stotys buvo pastatytos šeštame pastato aukšte, o imtuvą nešantis „navigatorius“ vaikščiojo po rūsio koridorius. Gauti matavimai buvo naudojami navigatoriaus kursui apskaičiuoti ir nuvažiuotam maršrutui patvirtinti. Anot Tanakos, MuWNS veikė nuo 2 iki 25 metrų (6,5–82 pėdų) tikslumu ir iki 100 metrų (apie 328 pėdų) atstumu. „Tai taip pat gerai, jei ne geriau nei vieno taško GPS padėties nustatymas virš žemės miesto vietovėse“, – sakė jis. „Tačiau tai dar toli gražu nepraktiška. Žmonėms reikia vieno metro tikslumo, o raktas į tai yra laiko sinchronizavimas.”

Vienas iš sprendimų yra įtraukti komerciškai prieinamus lusto dydžio atominius laikrodžius, kurie yra dvigubai tikslesni nei kvarciniai laikrodžiai. Tačiau šie atominiai laikrodžiai šiuo metu yra labai brangūs, nors Tanaka tikisi, kad kaina ateityje sumažės, nes technologija bus plačiau integruota į mobiliuosius telefonus. Likusi MuWNS naudojama elektronika nuo šiol bus sumažinta, kad ji taptų nešiojamu įrenginiu.

DOI: „iScience“, 2023 m. 10.1016/j.isci.2023.107000 (apie DOI).