科学者たちは、ワイヤレス宇宙船ナビゲーションシステムであるArs Technicaの最初のテストを行います。

GPSは現在日常生活の中心であり、幅広いアプリケーションで位置、ナビゲーション、追跡、マッピング、タイミングを決定するのに役立ちます。 しかし、いくつかの欠点があり、特に建物、岩、または水を通過することはできません。 そのため、日本の研究者らは、電波の代わりに宇宙光線やミューオンに依存する代替無線航法システムを開発しました。 新しい紙 iScienceジャーナルに掲載されました。 チームは最初の成功したテストを実行し、いつか検索と救助チームでシステムを使用して、例えば水中ロボットを案内したり、自律車両が地下をナビゲートするのに役立ちます。

「宇宙船ミュオンは地球全体に均等に落ち、どんな物質にかかわらず常に同じ速度で移動し、数キロメートルの岩を貫通します.」 共著者 田中博之 ~の ムオグラフィック 日本東京大学で。 「今、ミューオンを使って地下、屋内、水中で動作するmuPS(muometric positioning system)という新しい種類のGPSを開発しました。」

以前に報告されているように、ミューオンを使った長い歴史があります。 画像考古学的構造、宇宙船がこれらの粒子を安定して供給するので、プロセスが容易になりました。 ミューオンも 違法な輸送追跡 国境の交差点から核物質を除去し、活火山がいつ爆発するかを検出するために、活火山を監視する。 2008年オースティンにあるテキサス大学の科学者たち、古いミューオン検出器を使用して変更し、ベリーズに隠されたマヤ遺跡の可能性を検索します。 ロスアラモス国立研究所の物理学者たちは、ミューオンイメージングシステムのポータブルバージョンを開発し、最上部にあるドームの構造秘密を解放しました。 花の聖母大聖堂 15世紀初頭にフィリポ・ブルネレスキが設計したイタリア・フィレンツェ。

2016年の科学者たちはミューオンイメージングを使って 信号を受け取った 北側の有名なシェブロンブロックの後ろに隠された廊下を表します。 記者のダピラミッド エジプトから。 翌年のようなチームは、ピラミッドの他の地域に隠された部屋であると信じる不思議な空虚を発見しました。 ミューオンイメージング アクションフォーム。 そして先月、科学者たちはミューオンイメージングを使って、現代イタリアのナポリから約10メートル（約33フィート）の下にあるネアポリスの古代の墓地遺跡で以前に隠された部屋を発見しました。

田中氏によると、自律ロボットや車両は、いつか家庭、病院、工場、鉱山作業だけでなく、捜索と救助ミッションで一般化することができますが、まだ普遍的なナビゲーションと位置決め手段はありません。 他。 述べたように、GPSは地下水中を通過することはできません。 RFID技術は小さなバッテリーで優れた精度を達成できますが、サーバー、プリンター、モニターなどのコントロールセンターが必要です。 デッドレッカニングは、訂正を提供する外部信号がない慢性的な推定誤差に苦しんでいます。 音響、レーザースキャナ、およびLidarアプローチにも欠点がある。 そこで、田中と彼の同僚は、独自の代替システムを開発するときにミューオンに切り替えました。

ミューオンイメージング法は一般にガスで満たされたチャンバを含む。 ミューオンがガスを通過しながらガス粒子と衝突し、目立たないシンチレーション（シンチレーション）を放出します。 このシンチレーションは検出器に記録され、科学者が粒子のエネルギーと軌跡を計算することができる。 X線や電波ではなく自然に発生する高エネルギーミューオンを除いては、X線映像や地面透過レーダーと似ている。 その高いエネルギーは厚く、密な物質をイメージすることを可能にします。 イメージングされたオブジェクトの密度が高いほど、より多くのミューオンがブロックされます。 Muographixシステムは、地下または水中に配置されたミューオン検出受信機の座標として機能する地上4つのミューオン検出基準局に依存しています。

チームが実施 最初の裁判 2021年、ミューオンベースの水中センサアレイを開発し、東京湾の急変潮潮状況を検知します。 彼らは海抜約45メートル（147フィート）の下にある東京湾アクアライン道路のサービストンネル内に10のミューオン検出器を配置しました。 彼らは10メートル（ほぼ33フィート）の空間解像度と1メートル（3.3フィート）の時間解像度でトンネルの上の海をイメージすることができ、それは強い嵐の波や津波を検出するシステムの能力を実証するのに十分でした。

この配置は、同年9月に日本が南から接近してきた台風と穏やかな海のナウルと津波を起こしたときにテストされた。 余分な水の量 やや増加 ミューオンの散乱、そしてその変化は、海ナウルの他の測定とよく一致します。 そして昨年、田中のチームは 正常にイメージング muographyを用いてサイクロンの断面を示し,密度の変化を示すサイクロンの垂直プロファイル彼らは、高圧の冷たい外側とは異なり、暖かい核は密度が低いことを発見しました。 従来の衛星追跡システムと組み合わせて、ミューオグラフィーはサイクロン予測を改善することができる。

チームの最初の反復は、移動をかなり制限するワイヤで受信機を地上局に接続しました。 MuWNS（muometric wireless navigation system）と呼ばれるこの新しいバージョンは、名前が示すように完全にワイヤレスで、高精度の石英時計を使用して地上局を受信機と同期させます。 基準局と同期された時計を一緒に使用すると、受信機の座標を決定できます。

テスト実行のために建物の6階に地上局を配置し、受信機を持っている「ナビッジ」が地下廊下を巡りました。 測定結果を使用して航海者の経路を計算し、移動経路を確認した。 Tanakaによると、MuWNSは2〜25メートル（6.5〜82フィート）の精度と100メートル（約328フィート）の範囲で動作しました。 「これは、都市部で地上の単一地点GPS位置決めよりも優れていなくても良い」と彼は言った。 「しかし、まだ実用的なレベルから離れています。人々は1メートルの精度を必要とし、これの中心は時間同期です」

1つの解決策は、石英時計よりも2倍正確な市販のチップサイズの原子時計を統合することです。 しかし、このような原子時計は現在では高すぎる。 しかし、田中氏は、この技術が携帯電話に広く統合されるにつれて、将来的にコストが削減されると予想しています。 MuWNSに使用される残りの電子機器は、将来的に小型化され、ポータブルデバイスになります。

DOI：iScience、2023。 10.1016/j.isci.2023.107000 （DOI情報）。