Para ilmuwan melakukan tes pertama sistem navigasi radio sinar kosmik – Ars Technica

GPS sekarang menjadi andalan kehidupan sehari-hari, membantu kita dalam penentuan posisi, navigasi, pelacakan, pemetaan, dan pengaturan waktu di berbagai aplikasi. Tapi itu memang memiliki beberapa kekurangan, terutama ketidakmampuan untuk melewati bangunan, batu, atau air. Itu sebabnya para peneliti Jepang telah mengembangkan sistem navigasi radio alternatif yang mengandalkan sinar kosmik, atau muon, daripada gelombang radio. daun baru Diterbitkan di jurnal iScience. Tim melakukan tes pertama yang berhasil, dan tim SAR suatu hari nanti dapat menggunakan sistem tersebut untuk, misalnya, memandu robot di bawah air, atau membantu kendaraan otonom menavigasi di bawah tanah.

“Muon sinar kosmik jatuh secara merata melintasi Bumi dan selalu bergerak dengan kecepatan yang sama tidak peduli materi apa yang mereka lewati, bahkan menembus batu berkilo-kilometer,” kata rekan penulis Hiroyuki Tanaka ke Muografix di Universitas Tokyo, Jepang. “Sekarang, dengan menggunakan muon, kami telah mengembangkan jenis GPS baru, yang kami sebut muPS, yang berfungsi di bawah tanah, di dalam ruangan, dan di bawah air.”

Seperti disebutkan sebelumnya, ada sejarah panjang penggunaan muon Gambar struktur arkeologiProsesnya menjadi lebih mudah karena sinar kosmik menyediakan pasokan partikel-partikel ini secara stabil. Muon juga digunakan Chase dipindahkan secara ilegal Bahan nuklir di perlintasan perbatasan dan pemantauan gunung berapi aktif, berharap dapat mendeteksi kapan mereka akan meletus. Pada 2008, para ilmuwan di University of Texas, Austin, bekerjaDetektor muon kuno digunakan kembali untuk mencari kemungkinan reruntuhan Maya yang tersembunyi di Belize. Fisikawan di Laboratorium Nasional Los Alamos telah mengembangkan versi portabel dari sistem pencitraan muon untuk membuka rahasia pembangunan kubah (Il Duomo) di atas Katedral Saint Mary of Venus Di Florence, Italia, itu dirancang oleh Filippo Brunelleschi pada awal abad ke-15.

Pada 2016, para ilmuwan menggunakan pencitraan muon Ambil sinyalnya Itu menunjuk ke sebuah bagian yang tersembunyi di balik blok chevron yang terkenal di sisi utara Piramida Agung Giza di Mesir. Tahun berikutnya, tim yang sama menemukan kehampaan misterius di area lain dari piramida, percaya itu bisa menjadi ruang tersembunyi, yang kemudian dicat menggunakan dua warna berbeda. pencitraan muon Metode. Dan baru bulan lalu, para ilmuwan menggunakan pencitraan muon untuk menemukan sebuah ruangan yang sebelumnya tersembunyi di reruntuhan nekropolis Neapolis kuno, sekitar 10 meter (sekitar 33 kaki) di bawah Napoli saat ini, Italia.

Robot dan kendaraan otonom suatu hari nanti bisa menjadi hal yang umum di rumah, rumah sakit, pabrik dan operasi pertambangan, serta dalam misi pencarian dan penyelamatan, tetapi belum ada sarana navigasi dan penentuan posisi yang universal, kata Tanaka. et al. Sebagaimana dicatat, GPS tidak dapat menembus bawah tanah atau bawah air. Teknologi RFID dapat mencapai akurasi yang baik dengan baterai kecil, tetapi membutuhkan pusat kendali dengan server, printer, monitor, dll. Akun mati menderita kesalahan estimasi kronis tanpa isyarat eksternal untuk memberikan koreksi. Metode akustik, pemindaian laser, dan lidar juga memiliki kelemahan. Jadi Tanaka dan rekannya beralih ke muon saat mengembangkan sistem alternatif mereka.

Metode pencitraan muon biasanya melibatkan ruang berisi gas. Saat muon menembus gas, mereka bertabrakan dengan molekul gas dan memancarkan kilatan cahaya (flash), yang direkam oleh detektor, memungkinkan para ilmuwan untuk menghitung energi dan lintasan partikel. Ini mirip dengan sinar-X atau radar penembus tanah, kecuali bahwa muon berenergi lebih tinggi terjadi secara alami, bukan sinar-X atau gelombang radio. Energi tinggi ini memungkinkan untuk menggambarkan materi yang padat dan padat. Semakin padat objek yang dicitrakan, semakin banyak muon yang diblokir. Sistem Muographix bergantung pada empat stasiun referensi pendeteksi muon di atas tanah yang bertindak sebagai koordinat untuk penerima pendeteksi muon, yang ditempatkan di bawah tanah atau di bawah air.

Tim melakukan percobaan pertama dari serangkaian sensor bawah air berbasis muon pada tahun 2021, yang akan digunakan untuk mendeteksi kondisi pasang surut yang berubah dengan cepat di Teluk Tokyo. Mereka telah menempatkan sepuluh detektor muon di dalam terowongan layanan Tokyo Bay Aqua Line, yang terletak sekitar 45 meter (147 kaki) di bawah permukaan laut. Mereka dapat mencitrakan laut di atas terowongan dengan resolusi spasial 10 meter (sekitar 33 kaki) dan resolusi temporal 1 meter (3,3 kaki), cukup untuk mendemonstrasikan kemampuan sistem untuk merasakan gelombang badai atau tsunami yang kuat.

Array diuji pada bulan September tahun yang sama, ketika topan yang datang dari selatan melanda Jepang, mengakibatkan gelombang laut dan tsunami. Kelebihan volume air sedikit meningkat dispersi muon, dan perbedaan ini sesuai dengan pengukuran inflasi laut lainnya. Dan tahun lalu, tim Tanaka melaporkan bahwa mereka telah melakukannya Difilmkan dengan sukses Profil vertikal tornado menggunakan radiografi, menunjukkan penampang tornado dan mengungkapkan perbedaan intensitas. Mereka menemukan bahwa inti yang hangat memiliki kerapatan yang rendah, berbeda dengan bagian luar yang dingin dan bertekanan tinggi. Dikombinasikan dengan sistem pelacakan satelit yang ada, pencitraan radiografi dapat meningkatkan prakiraan badai.

Iterasi sebelumnya dari tim memasang penerima ke stasiun bumi dengan kabel, yang sangat membatasi pergerakan. Versi baru ini—Sistem Navigasi Nirkabel Muometrik, atau MuWNS—seperti namanya, benar-benar nirkabel, dan menggunakan jam kuarsa yang sangat akurat untuk menyinkronkan stasiun bumi dengan penerima. Gabungan, stasiun referensi dan jam sinkron memungkinkan untuk menentukan koordinat penerima.

Untuk uji coba, stasiun bumi ditempatkan di lantai enam gedung dan “navigator” yang membawa penerima berjalan di sekitar koridor ruang bawah tanah. Pengukuran yang dihasilkan digunakan untuk menghitung jalur navigator dan mengkonfirmasi rute yang diambil. Menurut Tanaka, MuWNS tampil dengan akurasi antara 2 dan 25 meter (6,5 hingga 82 kaki), dengan jangkauan hingga 100 meter (sekitar 328 kaki). “Ini sama bagusnya, jika tidak lebih baik dari, penentuan posisi GPS satu titik di atas tanah di daerah perkotaan,” katanya. “Tapi itu masih jauh dari praktis. Orang butuh akurasi satu meter, dan kuncinya adalah sinkronisasi waktu.”

Salah satu solusinya adalah menggabungkan jam atom seukuran chip yang tersedia secara komersial, yang dua kali lebih akurat dari jam kuarsa. Tapi jam atom ini sangat mahal saat ini, meskipun Tanaka memperkirakan biayanya akan turun di masa depan karena teknologinya terintegrasi lebih luas ke dalam ponsel. Sisa elektronik yang digunakan di MuWNS akan diminimalkan mulai sekarang untuk menjadikannya perangkat portabel.

DOI: iScience, 2023. 10.1016/j.isci.2023.107000 (tentang DOI).