GPS - это мощная навигационная технология, но она плохо работает внутри зданий, под землей или под водой. Инженеры в Японии разработали и испытали альтернативную технологию, которая использует для отслеживания положения космические лучи с точностью до нескольких метров.
Недостатки технологии GPS
GPS использует сеть из нескольких десятков спутников, которые расположены на точных орбитах вокруг Земли. Спутники постоянно транслируют на Землю сигналы, а GPS приемники в устройствах типа телефонов ловят эти сигналы и анализируют, как далеко они находятся от любого обнаруженного спутника. На основании сигналов с четырех разных спутников GPS устройство-навигатор рассчитывает свое положение на земле относительно них с точностью до нескольких метров.
Обычно, этого вполне хватает. Но даже при повседневном использовании могут проявляться недостатки этой технологии. Проблема в том, что сигналы GPS отражаются от скал, воды и некоторых стен. Это означает, что точность системы сильно снижается под землей, под водой и внутри зданий. Даже на улице в плотно застроенных районах сигнал может быть неточным.
Ученые Токийского университета разработали новую технологию, которую они называют мюометрической системой беспроводной навигации (MuWNS, muometric wireless navigation system), которая работает там, где оказывает GPS.
Мюонная навигация
Главная особенность системы MuWNS состоит в том, что «сигналы», которые она отслеживает, могут проходить через воду твердые материалы. Эти сигналы представляют собой частицы, известные как мюоны. Они образуются, когда космические лучи попадают в атмосферу Земли и взаимодействуют с уже присутствующими частицами, создавая каскад вторичных частиц. Дождь мюонов является постоянным. Подсчитано, что на каждый квадратный метр поверхности Земли падает 10 тыс. мюонов каждую минуту.
Команда испытала MuWNS в многоэтажном здании, где у обычной GPS были бы проблемы. Ученый с ручным мюонным детектором, был отправлен в подвал здания. Положение этого детектора отслеживалось с помощью четырех опорных станций на шестом этаже здания.
Эти опорные станции функционировали подобно спутникам GPS. Они отслеживали пути мюонов, пойманных каждой станцией и детектором. Таким образом, положение ученого можно было отследить с высокой степенью точности.
«Текущая точность MuWNS составляет от 2 м до 25 м, с диапазоном до 100 м, в зависимости от глубины и скорости ходьбы человека. Это примерно соответствует точности одноточечного позиционирования GPS над землей в городских районах. Но до практического уровня пока далеко. Людям нужна точность в один метр, и ключ к этому - синхронизация времени», - говорит профессор Хироюки Танака, ведущий автор исследования.
Исследователи говорят, что точность системы можно повысить с помощью атомных часов. В данный момент разрабатываются версии атомных часов для портативных устройств, но пока это слишком дорогая технология для массового использования. Другие используемые компоненты системы уже могут быть уменьшены для использования в гаджетах.
Также стоит отметить, что первый эксперимент отслеживал путь постфактум, но в будущем ученые намерены делать это в режиме реального времени. Так что, вполне возможно, в ближайшие годы мы увидим появление новой навигационной системы, которая будет работать надежнее GPS.
Исследование было опубликовано в журнале iScience.
