يمكن لنظام ملاحة جديد يتتبع الجسيمات دون الذرية التي تقصف الأرض باستمرار أن يساعدنا في التجول في الداخل وتحت الأرض وتحت الماء – كل الأماكن التي يفشل فيها نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
التحدي: GPS (نظام تحديد المواقع العالمي) عبارة عن مجموعة من 31 قمرا صناعيا ، ترسل باستمرار إشارات لاسلكية من حوالي 12500 ميل فوق سطح الأرض. ثم تستخدم أجهزة الاستقبال في الهواتف والسيارات والطائرات والسفن البيانات من إشارات أقمار صناعية متعددة لحساب مواقعها الخاصة على الأرض.
“باستخدام الميونات ، طورنا نوعًا جديدًا من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) … والذي يعمل تحت الأرض وفي الداخل وتحت الماء.”
هيرويوكي تاناكا
بينما أحدث نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ثورة في النقل السطحي ، يمكن أن تنعكس إشارات الأقمار الصناعية عن الأسطح الصلبة ، مما يجعل نظام الملاحة غير قادر على التحديد الدقيق لمواقع أجهزة الاستقبال في الداخل وتحت الأرض وتحت الماء.
يمكن أيضًا تشويش إشارات GPS أو انتحالها – يمكن للجيوش ومجرمي الإنترنت الاستفادة من ذلك لكسر نظام GPS أو جعل أجهزة الاستقبال تعرض معلومات غير دقيقة.
الملاحة الكونية: طور باحثون في جامعة طوكيو الآن نوعًا جديدًا من نظام الملاحة حيث تكتشف المستقبلات الميونات – وهي جسيمات دون ذرية ناتجة عن الاصطدامات بين الأشعة الكونية والجسيمات في الغلاف الجوي للأرض – بدلاً من إشارات الأقمار الصناعية.
“تسقط ميونات الأشعة الكونية بالتساوي عبر الأرض وتنتقل دائمًا بنفس السرعة بغض النظر عن المادة التي تعبرها ، وتخترق حتى كيلومترات من الصخور ،” قال الباحث هيرويوكي تاناكا.
“الآن ، باستخدام الميونات ، طورنا نوعًا جديدًا من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، والذي أطلقنا عليه نظام تحديد المواقع الميوميتر (muPS) ، والذي يعمل تحت الأرض وفي الداخل وتحت الماء”.
يمكن تحديد موقع جهاز الاستقبال من خلال النظر إلى المسافة بينه وبين أجهزة الكشف المرجعية المتعددة.
كيف تعمل: يتطلب نظام muPS مستقبلًا و “أجهزة كشف مرجعية” متعددة موضوعة فوقه. يمكن استخدام الوقت الذي تستغرقه الميونات للانتقال عبر كاشف مرجعي ثم إلى المستقبل لتحديد المسافة بينهما.
يمكن بعد ذلك تحديد موقع المستقبل من خلال النظر إلى المسافة بينه وبين أجهزة الكشف المرجعية المتعددة.
كشف النقاب عن أول تكرار لفريق UTokyo لنظام الملاحة الخاص بهم في عام 2020، لمراقبة التغيرات في قاع البحر ، ومن خلال المحاكاة الحاسوبية ، أثبتوا أنه من الممكن تحديد إحداثيات جهاز استقبال تحت الماء.
كان لابد من توصيل جهاز الاستقبال بمحطة فوق الماء عبر سلك ، مما يقيد حركته.
في بهم أحدث دراسةنشر في iScience ، عرض الفريق نسخة لاسلكية من التقنية ، والتي أطلقوا عليها اسم “نظام الملاحة اللاسلكي ميومتري” (MuWNS).
هذه المرة ، وضعوا أجهزة الكشف المرجعية الخاصة بهم في الطابق السادس من المبنى. ثم سار شخص يحمل جهاز استقبال على طول ممرات الطابق السفلي ، وباستخدام قياسات من أجهزة الكشف المرجعية وجهاز الاستقبال ، تمكن العلماء من إعادة إنشاء مسارهم.
الماء البارد: لم يعمل نظام الملاحة الجديد في الوقت الفعلي ، ولا يزال هناك مجال كبير للتحسين من حيث الدقة.
قال تاناكا: “تتراوح دقة MuWNS الحالية بين مترين و 25 مترًا ، بمدى يصل إلى 100 متر ، اعتمادًا على عمق وسرعة الشخص الذي يمشي”. “[This] لا يزال بعيدًا عن المستوى العملي. يحتاج الناس إلى دقة متر واحد “.
أتطلع قدما: يعتقد تاناكا الدمج الساعات الذرية على نطاق الرقائق (CSAC) في MuWNS ستمكّن القياسات في الوقت الفعلي بدقة متر واحد ، لكن التكنولوجيا حاليًا بعيدة عن متناول فريقه.
وأوضح أن “CSACs متاحة تجاريًا بالفعل وهي أفضل بمرتبتين من حيث الحجم من ساعات الكوارتز التي نستخدمها حاليًا”. “[T]إنها مكلفة للغاية بالنسبة لنا لاستخدامها الآن ، لكنني أتوقع أنها ستصبح أرخص بكثير مع زيادة الطلب العالمي على CSAC للهواتف المحمولة. “
إذا أصبحت CSACs شائعة في الهواتف وتقنيات المستهلك الأخرى ، فيمكن بالفعل جعل المكونات الأخرى اللازمة لـ MuWNS صغيرة بما يكفي لتلائم الأجهزة. هذا يعني أنه قد يكون من الشائع يومًا ما حمل مستقبل للكشف عن الميون أينما ذهبنا.
قد يكون هذا مفيدًا للغاية في أعقاب الكوارث التي يكون فيها الناس محاصرين تحت الأرض أو تحت الأنقاض. كما قال تاناكا لـ Freethink ، فإن تحليق الطائرات بدون طيار المجهزة بأجهزة كشف مرجعية فوق المنطقة يمكن أن يسمح للمستجيبين الأوائل بتحديد مواقع الهواتف المحمولة المدفونة – والأشخاص الذين يحملونها – بدقة تصل إلى سنتيمتر.
نحب أن نسمع منك! إذا كان لديك تعليق حول هذه المقالة أو إذا كان لديك نصيحة بخصوص قصة Freethink مستقبلية ، فيرجى مراسلتنا عبر البريد الإلكتروني على Tips@freethink.com.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”