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, синхронизированные с подземным приемником, инженеры рассчитали положение приемника в подвале шестиэтажного здания.
Иллюстрация эксперимента. Изображение: Hiroyuki K.M. Tanaka et al, iScience
Ученые использовали высокоточные кварцевые часы для синхронизации наземных станций с приемником. Четыре параметра, предоставляемые опорными станциями, и синхронизированные часы, используемые для измерения «времени полета» мюонов, позволяют определить координаты приемника.
Мюоны космических лучей одинаково падают на Землю и всегда движутся с одной и той же скоростью, независимо от того, через какую материю они проходят, проникая даже через километры горных пород.
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 пути, который они прошли.
Сравнение точности, преимуществ и недостатков различных технологий для навигации. Изображение: Hiroyuki K.M. Tanaka et al, iScience
Анализ показал, что текущая точность предложенной системы составляет от 2 до 25 м с диапазоном до 100 м и изменяется 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 предложенную технологию можно будет использовать для навигации роботов, работающих под водой, или для управления автономными транспортными средствами под землей. Помимо атомных часов, все другие электронные компоненты MuWNS могут быть миниатюризированы. Исследователи планирую создать достаточно маленькое устройство, чтобы его можно было интегрировать в портативные устройства, например, смартфоны.
