Новая система, использующая субатомные частицы, образующиеся высоко в атмосфере Земли, может обеспечить обзор вулканов и помочь найти людей, оказавшихся в ловушке под обломками.
Ученые использовали побочные продукты космических лучей для создания первой в мире системы «GPS», которая работает под землей, и ее можно использовать для наблюдения за вулканами и помощи в будущих поисково-спасательных миссиях.
Новая система позиционирования, названная мюометрической беспроводной навигационной системой (MuWNS), сканирует призрачные и сверхбыстрые субатомные частицы, называемые мюонами, для триангуляции положения приемника, спрятанного глубоко под землей.
Более того, исследователи говорят, что технология может быть миниатюризирована, чтобы поместиться внутри таких устройств, как смартфоны. Свои выводы они опубликовали 15 июня в журнале iScience.
«Внутренние навигационные системы могут служить многим практическим целям, в том числе для систем навигации при транспортировке людей, точного определения местоположения пропавшего человека для аварийно-спасательных работ и автоматизированной работы роботов на заводах, а также для навигации по шахтам и подземным сооружениям», — первый автор Хироюки Танака. , — рассказал Live Science профессор геофизики Токийского университета. «Однако в этих условиях GPS недоступен. Сигналы GPS слабые и легко блокируются небольшим препятствием».
Когда космические лучи — высокоэнергетические частицы, производимые Солнцем, звездные взрывы, называемые сверхновыми, и загадочные источники за пределами нашей галактики Млечный Путь — врезаются в верхние слои атмосферы Земли, они распадаются на потоки частиц, которые в конечном итоге распадаются на мюоны. Подобно электронам по своей структуре, но в 207 раз тяжелее, около миллиона мюонов каждую ночь безвредно проносятся через наши тела со скоростью, близкой к скорости света.
В отличие от GPS, который слабее на больших высотах и сбивается под землю, только некоторые мюоны останавливаются твердыми объектами, которые тем больше их поглощают, чем более твердыми они являются. Это позволило ученым использовать непрекращающийся космический ливень для картирования внутренностей недоступных иным образом мест, таких как пирамиды, вулканы и огненные сердца ядерных реакторов.
Предыдущая версия MuWNS, называемая системой мюометрического позиционирования (muPS), была создана исследователями для обнаружения изменений морского дна, вызванных тектонической или вулканической активностью. Подобно триангуляции GPS со спутниками в небе, muPS состоял из четырех опорных станций на уровне поверхности, через которые мюоны должны были пройти, прежде чем попасть на приемную станцию на дне океана.
Чтобы учесть время прохождения мюонов между опорными станциями и приемником, исследователи соединили пять детекторов проводами, чтобы они могли передавать разницу во времени между ними.
Чтобы уйти от громоздких проводов, исследователи придумали новое решение временной задержки, используя высокоточные кварцевые часы, синхронизируя опорные станции с приемником с помощью GPS до того, как он был унесен под землю.
«Детектор приемника и эталонные детекторы сначала подключаются к GPS для синхронизации», — сказал Танака. «Эти детекторы в конечном итоге отделены от GPS для навигации. Каждый детектор оснащен точными местными часами — в данном случае кварцевым генератором, управляемым печью, — который не так сильно дрейфует в течение короткого [периода времени]. Поэтому эти на какое-то время практически синхронизированы».
Затем, чтобы проверить способность своей системы к триангуляции, исследователи разместили четыре эталонных детектора на шестом этаже здания и дали приемный детектор человеку в подвале здания. Сканируя космические лучи, улавливаемые детекторами и приемником, исследователи реконструировали маршрут, по которому прошел навигатор в подвале.
После успешной демонстрации новой технологии следующими шагами будет ее оптимизация, чтобы ее можно было использовать в смартфонах.
«Размер детектора приемника будет размером с чип», — сказал Танака. «Нам также не нужна точная синхронизация времени, следовательно, атомные часы больше не нужны. Следовательно, их определенно можно поместить [в] смартфоны».
No comments:
Post a Comment