Vedci otestovali navigáciu na báze kozmického žiarenia. Uplatní sa aj pod vodou

Satelitná navigácia je už roky bežnou súčasťou nášho života a moderné smartfóny, navigačné systémy a ďalšie zariadenia často podporujú popri GPS, aj ďalšie siete satelitnej navigácie, ako Galileo, GLONASS, či BeiDou. Všetky tieto siete však majú „drobnú“ nevýhodu – problematicky (ak vôbec) fungujú v hustej zástavbe medzi vysokými budovami, v interiéroch, pod zemou, alebo pod vodou.

To je dôvod, prečo japonskí vedci vyvinuli alternatívny bezdrôtový navigačný systém, spoliehajúci sa na mióny zo sekundárneho kozmického žiarenia namiesto rádiových vĺn.

Systém už bol úspešne otestovaný a jedného dňa by ho mohli využiť napríklad záchranári na navádzanie robotov pod vodou alebo v podzemí.

Mióny z kozmického žiarenia dopadajú rovnomerne po celej Zemi a vždy sa pohybujú rovnakou rýchlosťou bez ohľadu na to, akou hmotou prechádzajú. „Dokážu preniknúť aj kilometrami horniny,“ povedal spoluautor výskumu Hiroyuki Tanaka z Muographix na Tokijskej univerzite v Japonsku.

Vznik sekundárneho kozmického žiarenia po interakcii nabitých častíc s atmosférou.

Teraz japonskí vedci vyvinuli nový systém určovania polohy na báze miónov, nazvaný muometrický polohový systém (muometric positioning system, muPS), ktorý funguje pod zemou, v budovách, aj pod vodou. Tento systém sa stal základom technológie mionometrickej bezdrôtovej navigácie MuWNS (Muometric Wireless Navigation System).

Navigácia MuWNS využíva mióny, nestabilné elementárne častice zo skupiny leptónov. Mióny vznikajú v pozemskej atmosfére pri rozpade piónov (pí mezónov), vznikajúcich počas bombardovania atmosféry kozmickým žiarením. Aj mióny sa ihneď rozpadajú, ale pri vysokej rýchlosti, akou sa pohybujú, stihnú zasiahnuť zemský povrch. Na meter štvorcový zemského povrchu dopadne asi 10 tisíc miónov za minútu.

Diagram znázorňujúci, ako funguje navigačný systém MuWNS. Zelené bodky predstavujú referenčné stanice na 6. poschodí budovy, biele pruhy označujú mióny. Červená šípka v suteréne predstavuje cestu, ktorú výskumník prešiel s miónovým detektorom, kým biela bodkovaná čiara ukazuje cestu, ktorú bol MuWNS schopný odvodiť.

Vedecký tím testoval systém MuWNS vo vnútri veľkej mnohopodlažnej budovy, kde bežná GPS (a iná satelitná) navigácia zlyháva. Do suterénu budovy poslali vedcov s miónovým detektorom MuWNS a sledovali jeho polohu pomocou štyroch referenčných staníc na šiestom poschodí budovy. Referenčné stanice fungovali ako satelity GPS.

Navigácia MuWNS dosiahla síce slušnú presnosť v priemere 25 až 2 metre, ale aj keď je to porovnateľné s GPS navigáciou v zastavaných oblastiach (GPS single point positioning), na praktické využitie to zatiaľ nestačí. Vývoj ale pokračuje a keďže vedci vidia cesty na zlepšenie systému, miónové zariadenia tu môžu byť už čoskoro.

Podľa Tanaku je kľúčom k zlepšeniu presnosti navigácie MuWNS presná synchronizácia času, ktorá sa dá dosiahnuť náhradou súčasných hodín riadených kryštálom miniatúrymi atómovými hodinami. Takéto zariadenia v čipovej podobe sa už vyvíjajú a sú dvakrát presnejšie ako kremenné hodiny.

Zatiaľ sú príliš drahé, hoci Tanaka predpovedá, že náklady v budúcnosti budú klesať, pretože technológia sa bude postupne začleňovať do smartfónov. Zvyšná elektronika používaná v MuWNS bude v budúcnosti miniaturizovaná tak, aby sa z miónovej navigácie stalo vreckové zariadenie.