Μια ομάδα Ιάπωνων προγραμματιστών παρουσίασε πρόσφατα ένα νέο σύστημα πλοήγησης MuWNS που θα λειτουργεί υπόγεια και υποβρύχια. Η λειτουργία του συστήματος βασίζεται στη χρήση κοσμικών ακτίνων.
Το εύρος της δορυφορικής πλοήγησης GPS είναι, παραδόξως, πολύ περιορισμένο. Παρά το γεγονός ότι οι δορυφόροι που μας συνδέουν με το σύστημα πλοήγησης απέχουν 20 χλμ. Ναι, πετούν ψηλά πάνω από την επιφάνεια. Επομένως, αρκεί μόνο μια παχιά οροφή ή κάθοδος στο υπόγειο για να σταματήσει να λειτουργεί το σύστημα. Αυτό, ωστόσο, μπορεί να αλλάξει με τη χρήση… κοσμικής ακτινοβολίας για πλοήγηση.
Η δορυφορική πλοήγηση, όσο εκπληκτική και αν είναι και συχνά σωτήρια (για να μην αναφέρουμε ότι τη διευκολύνει καθημερινά), έχει τους περιορισμούς της. Οι ιδανικές συνθήκες για την ομαλή λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος είναι ένας καθαρός ουρανός και μια σύνδεση που δεν εμποδίζεται από δέντρα ή, πολύ περισσότερο, από κτίρια. Διαφορετικά, το σήμα μπορεί απλώς να μην φτάσει στη συσκευή μας από τον δορυφόρο και το αντίστροφο.
Αυτοί οι περιορισμοί προκύπτουν από το γεγονός ότι η δορυφορική πλοήγηση χρησιμοποιεί ένα ραδιοσήμα που δεν μπορεί να ξεπεράσει πολλά από τα εμπόδια που μας περιβάλλουν καθημερινά. Όπως η κλασική ραδιοεπικοινωνία έχει προβλήματα όταν βρισκόμαστε σε ανελκυστήρα, σε υπόγειο ή υπόγειο γκαράζ, το σήμα από έναν δορυφόρο δεν έχει αρκετή ισχύ για να διαπεράσει πολλά μέτρα εμπόδια. Γιατί τα 20 km είναι αρκετά μεγάλη απόσταση για ραδιοκύματα και εμπόδια στο δρόμο τους.
Επίσης ενδιαφέρον: Πώς η Ταϊβάν, η Κίνα και οι ΗΠΑ αγωνίζονται για την τεχνολογική κυριαρχία: ο μεγάλος πόλεμος των τσιπ
Muons αντί για ραδιόφωνο
Πρόσφατα, ωστόσο, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο ανέπτυξαν τεχνολογία ασύρματης πλοήγησης με βάση το μιόνιο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί οπουδήποτε στη Γη, ακόμη και βαθιά υπόγεια και υποβρύχια. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό iScience. ποιός νοιάζεται μπορεί να τον γνωρίσει με περισσότερες λεπτομέρειες. Θα προσπαθήσουμε να τα εξηγήσουμε όλα με απλά λόγια.
Τι είναι τα μιόνια; Πρόκειται για ασταθή φορτισμένα στοιχειώδη σωματίδια που έχουν τη μεγαλύτερη διεισδυτική ικανότητα. Μπορούν να ληφθούν στο εργαστήριο, αλλά το πιο σημαντικό είναι ότι μια ισχυρή ροή μιονίων φθάνει συνεχώς στη Γη με τη μορφή κοσμικών ακτίνων που διεισδύουν σχεδόν 2 χιλιόμετρα βαθιά στον πλανήτη μας. Περίπου 10 μιόνια ανά λεπτό πέφτουν σε κάθε τετραγωνικό μέτρο της επιφάνειας της Γης.
Τα τελευταία χρόνια, τα μιόνια έχουν προσελκύσει την προσοχή των επιστημόνων. Λόγω της εξαιρετικής διεισδυτικής ικανότητας που τα μιόνια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να μελετήσουν τα βάθη των ηφαιστείων, να κοιτάξουν στην καρδιά των πυραμίδων και να μελετήσουν την εσωτερική δομή των κυκλώνων. Επιπλέον, τα μιόνια παραμένουν άνοσα σε παρεμβολές.
«Μιόνια κοσμικής ακτίνας πέφτουν εξίσου στη Γη και κινούνται πάντα με σταθερή ταχύτητα, ανεξάρτητα από την ύλη που διασχίζουν, ξεπερνώντας ακόμη και ένα χιλιόμετρο στρώμα πετρωμάτων»», εξήγησε ο καθηγητής Hiroyuki Tanaka του Muographix στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο. «Τώρα, χρησιμοποιώντας μιόνια, αναπτύξαμε έναν νέο τύπο πλοήγησης, τον οποίο ονομάσαμε Muometric Positioning System (muPS), που λειτουργεί υπόγεια, σε εσωτερικούς και υποβρύχιους»..
Η προτεινόμενη τεχνολογία ονομάζεται μουομετρικό ασύρματο σύστημα πλοήγησης (MuWNS), το οποίο μπορεί να μεταφραστεί ως "μυομετρικό ασύρματο σύστημα πλοήγησης". Βελτιώνει μια τεχνολογία που αναπτύχθηκε προηγουμένως από τους ίδιους ερευνητές, η οποία χρησιμοποίησε μιόνια για να αναλύσει τις κινήσεις των τεκτονικών πλακών. Τέτοιες μελέτες βοήθησαν στην παρακολούθηση της κίνησης των τεκτονικών πλακών και, με βάση αυτό, στην έγκαιρη προειδοποίηση για πιθανούς σεισμούς.
Επίσης ενδιαφέρον: Όλα για τις προδιαγραφές USB και πώς διαφέρει το USB Type-C από το USB Type-A
Μέτρηση αποστάσεων με MuWNS
Ωστόσο, η πλοήγηση απαιτεί σύγκριση αποστάσεων από τουλάχιστον τέσσερα σημεία για τον ακριβή προσδιορισμό της θέσης σε ένα τρισδιάστατο περιβάλλον. Τα μιόνια φτάνουν στη Γη με συνεχή ροή. Όμως η απλή ανίχνευσή τους δεν δίνει πολλά. Επομένως, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί ένα σύστημα επικοινωνίας μεταξύ των τεσσάρων σταθμών και της συσκευής της οποίας τη θέση θέλουμε να παρακολουθήσουμε. Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι το αντίστοιχο των δορυφόρων MuWNS δεν χρειάζεται απαραίτητα να βρίσκεται σε τροχιά, αλλά μπορεί να εγκατασταθεί στην επιφάνεια της Γης. Δηλαδή πρόκειται για επίγειους σταθμούς βάσης.
Η πρώτη έκδοση της τεχνολογίας που χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη των τεκτονικών πλακών ήταν ενσύρματη, που σημαίνει ότι το σήμα προς και από κάθε πομπό στάλθηκε μέσω φυσικών καλωδίων. Ωστόσο, αυτό καθιστά εντελώς αδύνατη τη χρήση του για αποτελεσματική πλοήγηση. Γιατί αυτό είναι ένα μάλλον δυσκίνητο και ακριβό πράγμα.
Η λύση στο πρόβλημα αποδείχθηκε αρκετά απλή. Τα ακριβή ρολόγια χαλαζία χρησιμοποιήθηκαν για τον ασύρματο συγχρονισμό ανιχνευτών και δεκτών. Η περιγραφή του MuWNS έχει ως εξής:
«Τέσσερις παράμετροι που παρέχονται από σταθμούς βάσης και συγχρονισμένα ρολόγια χαλαζία που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του μιονίου «χρόνου πτήσης» επιτρέπουν τον προσδιορισμό των συντεταγμένων του δέκτη».
Σε ένα από τα πρώτα πειράματα, βρέθηκε ένας δέκτης που βρίσκεται στο υπόγειο χρησιμοποιώντας έναν σταθμό που βρίσκεται στον έκτο όροφο του κτιρίου. Αυτό είναι απίστευτο, γιατί το σύστημα GPS σίγουρα δεν θα είχε αντιμετωπίσει μια τέτοια εργασία.
Για δοκιμές, οι επιστήμονες τοποθέτησαν τους ανιχνευτές στον έκτο όροφο του κτιρίου και τον ανιχνευτή-δέκτη στο υπόγειο. Προχωρώντας προσεκτικά στους διαδρόμους του υπογείου, οι ερευνητές, αντί να χρησιμοποιούν πλοήγηση, έκαναν μετρήσεις σε πραγματικό χρόνο για να καθορίσουν την πορεία τους και να επαληθεύσουν τη διαδρομή που ακολουθούσαν.
Ως αποτέλεσμα του πειράματος, αποδείχθηκε ότι η ακρίβεια του MuWNS είναι από 2 έως 25 m, με εμβέλεια έως 100 m, ανάλογα με το βάθος και την ταχύτητα της ανθρώπινης κίνησης. Είναι εξίσου καλό, αν όχι καλύτερο, από τον εντοπισμό θέσης GPS ενός σημείου πάνω από το έδαφος σε αστικές περιοχές. Αλλά το πρακτικό επίπεδο είναι ακόμα μακριά. Οι άνθρωποι χρειάζονται ακρίβεια μέχρι ένα μέτρο και ο συγχρονισμός του χρόνου είναι το κλειδί για αυτό.
Διαβάστε επίσης: Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για το Copilot από Microsoft
Δεν θα αντικαταστήσει το GPS, αλλά θα σώσει ζωές
Έτσι, το νέο σύστημα πλοήγησης MuWNS βρίσκεται ακόμα στο στάδιο ανάπτυξης και πειραματισμού. Είναι ακόμα αρκετά ωμό, δεν τίθεται θέμα χρήσης του στην κλίμακα έστω και μιας πόλης.
Επιπλέον, στην πράξη, αυτό το σύστημα θα είναι πολύ πιο ακριβό, γεγονός που μπορεί να περιορίσει την πρακτική χρήση του. Επιπλέον, για παγκόσμια χρήση, οι σταθμοί βάσης αυτού του τύπου πλοήγησης πρέπει να διανέμονται σε όλο τον κόσμο, όπως είναι τώρα οι τηλεπικοινωνιακοί σταθμοί για κινητή επικοινωνία. Συγκριτικά, ολόκληρο το σύστημα GPS βασίζεται μόνο σε 31 δορυφόρους στην τροχιά της Γης.
Το δεύτερο πρόβλημα είναι η ακρίβεια. Παρόλο που μπορούμε να "δούμε" περισσότερα από 1,5 km υπόγεια με τη βοήθεια του συστήματος πλοήγησης MuWNS, η χρήση ρολογιών χαλαζία για συγχρονισμό χρόνου μας επιτρέπει να προσανατολιζόμαστε σε στατικά αντικείμενα, καθώς η γρήγορη κίνηση θα προκαλέσει σφάλματα εντοπισμού. Τα τσιπ ατομικών ρολογιών θα μπορούσαν θεωρητικά να λύσουν αυτό το πρόβλημα, αλλά επί του παρόντος κοστίζουν 2000 $ ή περισσότερο, επομένως θα αύξανε σημαντικά το κόστος κάθε συσκευής (smartphone, smartwatch κ.λπ.) που θα χρησιμοποιούσε αυτήν την τεχνολογία τουλάχιστον κατά αυτό το ποσό.
Η βελτίωση αυτού του συστήματος, που θα έκανε την πλοήγηση σε πραγματικό χρόνο πολύ πιο ακριβή, απαιτεί χρόνο και χρήμα. Στην ιδανική περίπτωση, η ομάδα θέλει να χρησιμοποιήσει ατομικά ρολόγια κλίμακας τσιπ (CSAC), καθώς τα CSAC είναι ήδη διαθέσιμα στο εμπόριο και καλύτερα από τα σημερινά ρολόγια χαλαζία. Ωστόσο, είναι πολύ ακριβά για εμάς τώρα. Αλλά με τον καιρό, ελπίζουμε ότι θα γίνουν πολύ φθηνότερα καθώς αυξάνεται η παγκόσμια ζήτηση για CSAC για κινητά τηλέφωνα.
Θα περάσουν τουλάχιστον 5 χρόνια μέχρι να αναπτυχθεί πλήρως αυτή η τεχνολογία και να είναι ευρέως διαθέσιμη. Οι ερευνητές έχουν ήδη ξεκινήσει να εργάζονται για την επόμενη έκδοση του MuWNS, που ονομάζεται Vector muPS, η οποία δεν θα απαιτεί ατομικά ρολόγια σε πραγματικό χρόνο, λύνοντας έτσι ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα της τεχνολογίας.
Στο μέλλον, το MuWNS θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο μη επανδρωμένων οχημάτων υπόγεια ή για τον έλεγχο υποβρύχιων ρομπότ. Εκτός από το ατομικό ρολόι, όλα τα άλλα ηλεκτρονικά μέρη του MuWNS μπορούν να μικροποιηθούν και η ομάδα ανάπτυξης αναμένει ότι σύντομα θα είναι δυνατή η ενσωμάτωση του MuWNS σε φορητές συσκευές όπως ένα τηλέφωνο. Αυτό θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν οι ομάδες έρευνας και διάσωσης σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, όπως ένα κτίριο ή κατάρρευση βράχου σε ορυχείο.
Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι θα χρησιμοποιηθεί η μοναδική τεχνολογία MuWNS που βασίζεται σε μιόνια, γιατί υπό ορισμένες συνθήκες αυτή η πλοήγηση είναι ασύγκριτα καλύτερη από το GPS. Όταν είναι απαραίτητο να πλοηγηθείτε υπόγεια ή υποβρύχια, για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια διάσωσης ή γεωλογικών αποστολών, ένα τέτοιο σύστημα πλοήγησης, ακόμη και αν αναπτυχθεί τοπικά, θα είναι ένας από τους πιο αποτελεσματικούς εντοπιστές που μας επιτρέπει η επιστήμη. Ίσως, με τη βοήθειά του, θα ήταν δυνατό να σωθούν οι επιβάτες και τα μέλη του πληρώματος λουτρό "Τιτάν", που πρόσφατα βυθίστηκε στα νερά του Ειρηνικού Ωκεανού.
Διαβάστε επίσης: