Particelle superveloci di dimensioni subatomiche chiamate muoni sono state utilizzate per navigare in modalità wireless sottoterra in una prima mondiale. Utilizzando stazioni terrestri di rilevamento di muoni sincronizzate con un ricevitore di rilevamento di muoni sotterraneo, i ricercatori dell’Università di Tokyo sono stati in grado di calcolare la posizione del ricevitore nel seminterrato di un edificio di sei piani. Poiché il GPS non può penetrare nella roccia o nell’acqua, questa nuova tecnologia potrebbe essere utilizzata in futuri sforzi di ricerca e salvataggio, per monitorare i vulcani sottomarini e guidare veicoli autonomi sottoterra e sott’acqua.
Il GPS, il sistema di posizionamento globale, è uno strumento di navigazione consolidato e offre un ampio elenco di applicazioni positive, dai viaggi aerei più sicuri alla mappatura della posizione in tempo reale. Tuttavia, ha alcune limitazioni. I segnali GPS sono più deboli alle latitudini più elevate e possono essere bloccati o falsificati (dove un segnale contraffatto sostituisce uno autentico). I segnali possono anche essere riflessi da superfici come muri, interferire con gli alberi e non possono passare attraverso edifici, rocce o acqua.
In confronto, i muoni hanno fatto notizia negli ultimi anni per la loro capacità di aiutarci a guardare in profondità all’interno dei vulcani, sbirciare attraverso le piramidi e vedere all’interno dei cicloni. I muoni cadono costantemente e frequentemente in tutto il mondo (circa 10.000 per metro quadrato al minuto) e non possono essere manomessi. “I muoni dei raggi cosmici cadono equamente sulla Terra e viaggiano sempre alla stessa velocità indipendentemente dalla materia che attraversano, penetrando anche chilometri di roccia”, ha spiegato il professor Hiroyuki Tanaka del Muographix dell’Università di Tokyo. “Ora, utilizzando i muoni, abbiamo sviluppato un nuovo tipo di GPS, che abbiamo chiamato sistema di posizionamento muometrico (muPS), che funziona sottoterra, al chiuso e sott’acqua”.
MuPS è stato inizialmente creato per aiutare a rilevare i cambiamenti del fondale marino causati da vulcani sottomarini o movimenti tettonici. Utilizza quattro stazioni di riferimento per il rilevamento di muoni in superficie per fornire le coordinate per un ricevitore di rilevamento di muoni sotterraneo. Le prime iterazioni di questa tecnologia richiedevano che il ricevitore fosse collegato a una stazione di terra tramite un filo, limitando notevolmente i movimenti. Tuttavia, quest’ultima ricerca utilizza orologi al quarzo ad alta precisione per sincronizzare le stazioni di terra con il ricevitore. I quattro parametri forniti dalle stazioni di riferimento più gli orologi sincronizzati utilizzati per misurare il “tempo di volo” dei muoni consentono di determinare le coordinate del ricevitore. Questo nuovo sistema è chiamato sistema di navigazione wireless muometric (MuWNS).
Per testare la capacità di navigazione di MuWNS, i rilevatori di riferimento sono stati collocati al sesto piano di un edificio mentre un “navigatee” ha portato un rilevatore ricevitore al piano interrato. Camminarono lentamente su e giù per i corridoi del seminterrato tenendo in mano il ricevitore. Invece di navigare in tempo reale, le misurazioni sono state effettuate e utilizzate per calcolare il loro percorso e confermare il percorso che avevano intrapreso.
“L’attuale precisione di MuWNS è compresa tra 2 metri e 25 metri, con una portata fino a 100 metri, a seconda della profondità e della velocità della persona che cammina. Questo è buono quanto, se non migliore, del posizionamento GPS a punto singolo fuori terra nelle aree urbane”, ha detto Tanaka. “Ma è ancora lontano da un livello pratico. Le persone hanno bisogno di una precisione di un metro e la chiave per questo è la sincronizzazione dell’ora”.
Il miglioramento di questo sistema per consentire una navigazione accurata in tempo reale dipende da tempo e denaro. Idealmente il team vuole utilizzare orologi atomici su scala di chip (CSAC): “I CSAC sono già disponibili in commercio e sono due ordini di grandezza migliori rispetto agli orologi al quarzo che usiamo attualmente. Tuttavia, sono troppo costosi per noi da usare ora. Ma, Prevedo che diventeranno molto più economici con l’aumentare della domanda globale di CSAC per i telefoni cellulari”, ha affermato Tanaka.
MuWNS potrebbe un giorno essere utilizzato per guidare robot che lavorano sott’acqua o guidare veicoli autonomi sottoterra. A parte l’orologio atomico, tutti gli altri componenti elettronici di MuWNS possono ora essere miniaturizzati, quindi il team spera che alla fine sarà possibile inserirlo in dispositivi portatili, come il telefono. In situazioni di emergenza come il crollo di un edificio o di una miniera, questo potrebbe essere un futuro punto di svolta per le squadre di ricerca e soccorso.
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