Un gruppo di sviluppatori giapponesi ha recentemente presentato un nuovo sistema di navigazione MuWNS che funzionerà sottoterra e sott'acqua. Il funzionamento del sistema si basa sull'utilizzo dei raggi cosmici.
La portata della navigazione satellitare GPS è, paradossalmente, molto limitata. Nonostante i satelliti che ci collegano al sistema di navigazione siano a 20 km di distanza. Sì, volano in alto sopra la superficie. Pertanto, è sufficiente solo un soffitto spesso o una discesa nel seminterrato perché il sistema smetta di funzionare. Questo, tuttavia, potrebbe cambiare con l'uso della... radiazione cosmica per la navigazione.
La navigazione satellitare, per quanto fenomenale e spesso salvavita (per non parlare di renderla più facile ogni giorno), ha i suoi limiti. Le condizioni ideali per il buon funzionamento di un tale sistema sono un cielo sereno e un collegamento non ostruito da alberi o, ancor più, da edifici. In caso contrario, il segnale potrebbe semplicemente non raggiungere il nostro dispositivo dal satellite e viceversa.
Queste limitazioni derivano dal fatto che la navigazione satellitare utilizza un segnale radio che non riesce a superare molti degli ostacoli che ci circondano ogni giorno. Proprio come la classica comunicazione radio ha problemi quando ci troviamo in un ascensore, in una cantina o in un garage sotterraneo, il segnale proveniente da un satellite non ha potenza sufficiente per sfondare diversi metri di ostacoli. Perché 20 km sono una distanza piuttosto lunga per le onde radio e gli ostacoli sulla loro strada.
Interessante anche: Come Taiwan, Cina e Stati Uniti stanno combattendo per il dominio tecnologico: la grande guerra dei chip
Muoni al posto della radio
Di recente, tuttavia, i ricercatori dell'Università di Tokyo hanno sviluppato una tecnologia di navigazione wireless basata sui muoni che può essere utilizzata ovunque sulla Terra, anche in profondità nel sottosuolo e sott'acqua. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista iScience. che importa può conoscerlo più in dettaglio. Cercheremo di spiegare tutto con parole semplici.
Cosa sono i muoni? Queste sono particelle elementari cariche instabili che hanno la maggiore capacità di penetrazione. Si possono ottenere in laboratorio, ma la cosa più importante è che un potente flusso di muoni raggiunga costantemente la Terra sotto forma di raggi cosmici che penetrano a quasi 2 km di profondità nel nostro pianeta. Su ogni metro quadrato della superficie terrestre cadono circa 10 muoni al minuto.
Negli ultimi anni, i muoni hanno attirato una notevole attenzione da parte degli scienziati. È grazie all'eccellente capacità di penetrazione che i muoni possono essere usati per studiare le profondità dei vulcani, guardare nel cuore delle piramidi e studiare la struttura interna dei cicloni. Inoltre, i muoni rimangono immuni alle interferenze.
"I muoni dei raggi cosmici cadono ugualmente sulla Terra e si muovono sempre a velocità costante, indipendentemente dalla materia che attraversano, superando anche uno strato chilometrico di rocce"”, ha spiegato il professor Hiroyuki Tanaka di Muographix presso l'Università di Tokyo. "Ora, utilizzando i muoni, abbiamo sviluppato un nuovo tipo di navigazione, che abbiamo chiamato Muometric Positioning System (muPS), che funziona sottoterra, al chiuso e sott'acqua".
La tecnologia proposta si chiama sistema di navigazione wireless muometrico (MuWNS), che può essere tradotto come "sistema di navigazione wireless miometrico". Migliora una tecnologia precedentemente sviluppata dagli stessi ricercatori che usavano i muoni per analizzare i movimenti delle placche tettoniche. Tali studi hanno contribuito a monitorare il movimento delle placche tettoniche e, sulla base di ciò, a fornire un allarme tempestivo di possibili terremoti.
Interessante anche: Tutto sulle specifiche USB e su come USB Type-C differisce da USB Type-A
Misurare le distanze con MuWNS
Tuttavia, la navigazione richiede il confronto delle distanze da almeno quattro punti per determinare con precisione la posizione in un ambiente 3D. I muoni raggiungono la Terra in un flusso continuo. Ma il loro semplice rilevamento non dà molto. Pertanto, è necessario creare un sistema di comunicazione tra le quattro stazioni e il dispositivo di cui vogliamo tracciare la posizione. In pratica, ciò significa che l'equivalente dei satelliti MuWNS non deve necessariamente essere in orbita, ma può essere installato sulla superficie terrestre. Cioè, queste sono stazioni base di terra.
La prima versione della tecnologia utilizzata per studiare le placche tettoniche era cablata, il che significa che il segnale da e verso ciascun trasmettitore veniva inviato attraverso cavi fisici. Tuttavia, ciò ne rende completamente impossibile l'utilizzo per una navigazione efficace. Perché questa è una cosa piuttosto ingombrante e costosa.
La soluzione al problema si è rivelata abbastanza semplice. Precisi orologi al quarzo sono stati utilizzati per la sincronizzazione wireless di rilevatori e ricevitori. La descrizione di MuWNS recita come segue:
"Quattro parametri forniti dalle stazioni base e dagli orologi al quarzo sincronizzati utilizzati per misurare il 'tempo di volo' dei muoni consentono di determinare le coordinate del ricevitore."
In uno dei primi esperimenti è stato trovato un ricevitore situato nel seminterrato utilizzando una stazione situata al sesto piano dell'edificio. Questo è incredibile, perché il sistema GPS non avrebbe sicuramente affrontato un simile compito.
Per i test, gli scienziati hanno posizionato i rilevatori al sesto piano dell'edificio e il ricevitore-rilevatore nel seminterrato. Muovendosi con cautela attraverso i corridoi del seminterrato, i ricercatori, invece di utilizzare la navigazione, hanno effettuato misurazioni in tempo reale per determinare la loro rotta e verificare il percorso che stavano percorrendo.
Come risultato dell'esperimento, si è scoperto che la precisione di MuWNS va da 2 a 25 m, con un raggio fino a 100 m, a seconda della profondità e della velocità del movimento umano. È altrettanto buono, se non migliore, del posizionamento GPS a punto singolo sul terreno nelle aree urbane. Ma il livello pratico è ancora lontano. Le persone hanno bisogno di una precisione fino a un metro e la sincronizzazione dell'ora è la chiave per questo.
Leggi anche: Tutto quello che devi sapere su Copilot da Microsoft
Non sostituirà il GPS, ma salverà delle vite
Il nuovo sistema di navigazione MuWNS è quindi ancora in fase di sviluppo e sperimentazione. È ancora piuttosto grezzo, non si tratta di usarlo sulla scala di una sola città.
Inoltre, in pratica, questo sistema sarà molto più costoso, il che potrebbe limitarne l'uso pratico. Inoltre, per l'uso globale, le stazioni base di questo tipo di navigazione devono essere distribuite in tutto il mondo, come lo sono ora le stazioni di telecomunicazione per la comunicazione mobile. In confronto, l'intero sistema GPS si basa solo su 31 satelliti in orbita terrestre.
Il secondo problema è la precisione. Sebbene possiamo "vedere" più di 1,5 km sotto terra con l'aiuto del sistema di navigazione MuWNS, l'uso di orologi al quarzo per la sincronizzazione dell'ora ci consente di orientarci verso oggetti statici, poiché il movimento rapido causerà errori di localizzazione. I chip dell'orologio atomico potrebbero teoricamente risolvere questo problema, ma attualmente costano $ 2000 o più, quindi aumenterebbero in modo significativo il costo di ogni dispositivo (smartphone, smartwatch, ecc.) Che utilizzerebbe questa tecnologia almeno di tale importo.
Migliorare questo sistema, che renderebbe la navigazione in tempo reale molto più precisa, richiede tempo e denaro. Idealmente, il team vuole utilizzare orologi atomici su scala di chip (CSAC), poiché i CSAC sono già disponibili in commercio e migliori degli attuali orologi al quarzo. Tuttavia, ora sono troppo costosi per noi. Ma col tempo, si spera che diventeranno molto più economici man mano che cresce la domanda globale di CSAC per telefoni cellulari.
Ci vorranno almeno 5 anni prima che questa tecnologia sia completamente sviluppata e ampiamente disponibile. I ricercatori hanno già iniziato a lavorare sulla prossima versione di MuWNS, chiamata Vector muPS, che non richiederà orologi atomici in tempo reale, risolvendo così uno dei maggiori problemi con la tecnologia.
In futuro, MuWNS potrebbe essere utilizzato per controllare veicoli senza pilota sottoterra o controllare robot sottomarini. Oltre all'orologio atomico, tutte le altre parti elettroniche di MuWNS possono essere miniaturizzate e il team di sviluppo prevede che presto sarà possibile integrare MuWNS in dispositivi portatili come un telefono. Ciò potrebbe cambiare il modo in cui le squadre di ricerca e soccorso lavorano in situazioni di emergenza, come un edificio o il crollo di una roccia in una miniera.
Non c'è dubbio che verrà utilizzata l'esclusiva tecnologia MuWNS basata sui muoni, perché in determinate condizioni questa navigazione è incomparabilmente migliore del GPS. Quando è necessario navigare sottoterra o sott'acqua, ad esempio durante le spedizioni di soccorso o geologiche, un tale sistema di navigazione, anche se dispiegato localmente, sarà uno dei localizzatori più efficaci che la scienza ci consente. Forse, con il suo aiuto, sarebbe stato possibile salvare passeggeri e membri dell'equipaggio batiscafo "Titano", che recentemente è affondata nelle acque dell'Oceano Pacifico.
Leggi anche: