일본 개발자 그룹은 최근 지하 및 수중에서 작동하는 새로운 MuWNS 내비게이션 시스템을 발표했습니다. 시스템의 작동은 우주 광선의 사용을 기반으로 합니다.
GPS 위성 항법의 범위는 역설적이게도 매우 제한적입니다. 우리를 내비게이션 시스템에 연결하는 위성이 20km 떨어져 있다는 사실에도 불구하고. 예, 그들은 표면 위로 높이 날아갑니다. 따라서 두꺼운 천장이나 지하실로 내려가는 것만으로도 시스템이 작동을 멈출 수 있습니다. 그러나 이것은 항행을 위한 우주 방사선의 사용으로 바뀔 수 있습니다.
경이롭고 종종 생명을 구하는 위성 항법(매일 더 쉽게 만드는 것은 말할 것도 없고)에는 한계가 있습니다. 이러한 시스템의 원활한 작동을 위한 이상적인 조건은 맑은 하늘과 나무 또는 건물에 의해 방해받지 않는 연결입니다. 그렇지 않으면 신호가 위성에서 우리 장치에 도달하지 못할 수 있으며 그 반대도 마찬가지입니다.
이러한 한계는 위성 항법이 매일 우리를 둘러싼 많은 장애물을 극복할 수 없는 무선 신호를 사용한다는 사실에서 발생합니다. 우리가 엘리베이터, 지하실 또는 지하 차고에 있을 때 고전적인 무선 통신에 문제가 있는 것처럼 위성 신호는 몇 미터의 장애물을 뚫을 수 있는 충분한 전력이 없습니다. 20km는 전파와 방해물에 대해 상당히 긴 거리이기 때문입니다.
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라디오 대신 뮤온
그런데 최근 도쿄대 연구진이 지하 깊은 곳과 수중을 포함해 지구 어디에서나 사용할 수 있는 뮤온 기반 무선항법 기술을 개발했다. 이 연구는 저널 iScience에 게재되었습니다. 무슨 상관이야 그를 알 수 있다 더 자세하게. 간단한 단어로 모든 것을 설명하려고 노력할 것입니다.
뮤온이란 무엇입니까? 이들은 가장 큰 관통 능력을 가진 불안정한 하전 소립자입니다. 그것들은 실험실에서 얻을 수 있지만 가장 중요한 것은 뮤온의 강력한 흐름이 지구 깊숙이 거의 2km를 관통하는 우주선 형태로 지속적으로 지구에 도달한다는 것입니다. 분당 약 10뮤온이 지구 표면의 각 평방 미터에 떨어집니다.
최근 몇 년 동안 뮤온은 과학자들의 상당한 관심을 끌었습니다. 뮤온이 화산의 깊이를 연구하고, 피라미드의 중심부를 들여다보고, 사이클론의 내부 구조를 연구하는 데 사용될 수 있는 것은 뛰어난 침투력 때문입니다. 또한 뮤온은 간섭에 대한 내성을 유지합니다.
"우주선 뮤온은 지구에 똑같이 떨어지고 어떤 물질을 건너도 항상 일정한 속도로 움직이며 km의 암석층도 이겨낸다."”라고 도쿄 대학 Muographix의 Hiroyuki Tanaka 교수가 설명했습니다. "이제 뮤온을 사용하여 지하, 실내 및 수중에서 작동하는 MuPS(Muometric Positioning System)라는 새로운 유형의 내비게이션을 개발했습니다.".
제안된 기술은 무메트릭 무선 항법 시스템(MuWNS), "myometric 무선 내비게이션 시스템"으로 번역할 수 있습니다. 그것은 지각판의 움직임을 분석하기 위해 뮤온을 사용했던 동일한 연구자들이 이전에 개발한 기술을 개선합니다. 이러한 연구는 지각판의 움직임을 모니터링하는 데 도움이 되었으며, 이를 기반으로 가능한 지진에 대한 조기 경고를 제공했습니다.
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MuWNS로 거리 측정
그러나 내비게이션은 3D 환경에서 위치를 정확하게 결정하기 위해 최소 개 지점에서 거리를 비교해야 합니다. 뮤온은 연속적인 흐름으로 지구에 도달합니다. 그러나 그들의 간단한 탐지는 많은 것을 제공하지 않습니다. 따라서 개의 스테이션과 위치를 추적하려는 장치 간의 통신 시스템을 만들어야 합니다. 실제로 이것은 MuWNS 위성과 동등한 것이 반드시 궤도에 있을 필요는 없지만 지구 표면에 설치할 수 있음을 의미합니다. 즉, 이들은 지상 기지국입니다.
지각판을 연구하는 데 사용된 기술의 첫 번째 버전은 유선이었습니다. 즉, 각 송신기에서 송수신되는 신호가 물리적 전선을 통해 전송되었습니다. 그러나 이것은 효과적인 탐색을 위해 사용하는 것을 완전히 불가능하게 만듭니다. 이것은 다소 번거롭고 비용이 많이 드는 일이기 때문입니다.
문제에 대한 해결책은 매우 간단하다는 것이 밝혀졌습니다. 탐지기와 수신기의 무선 동기화를 위해 정확한 석영 시계가 사용되었습니다. MuWNS에 대한 설명은 다음과 같습니다.
"기지국에서 제공하는 개의 매개변수와 뮤온 '비행 시간'을 측정하는 데 사용되는 동기화된 석영 시계를 통해 수신기 좌표를 결정할 수 있습니다."
첫 번째 실험 중 하나에서 건물 층에 위치한 스테이션을 사용하여 지하에 있는 수신기를 찾았습니다. GPS 시스템이 그러한 작업에 확실히 대처하지 못했을 것이기 때문에 이것은 놀라운 일입니다.
테스트를 위해 과학자들은 탐지기를 건물 층에, 탐지기-수신기는 지하실에 배치했습니다. 지하 복도를 조심스럽게 이동하면서 연구원들은 내비게이션을 사용하는 대신 경로를 결정하고 그들이 가고 있는 경로를 확인하기 위해 실시간 측정을 수행했습니다.
실험 결과 MuWNS의 정확도는 2~25m, 범위는 사람이 움직이는 깊이와 속도에 따라 최대 100m인 것으로 나타났다. 도시 지역의 단일 지점 GPS 포지셔닝보다 낫지는 않더라도 좋습니다. 그러나 실질적인 수준은 아직 멀었다. 사람들은 미터까지의 정확도가 필요하며 시간 동기화가 그 핵심입니다.
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GPS를 대체하지는 않지만 생명을 구할 것입니다.
따라서 새로운 MuWNS 내비게이션 시스템은 아직 개발 및 실험 단계에 있습니다. 그것은 여전히 매우 원시적이며 한 도시의 규모로도 사용하는 데 의문의 여지가 없습니다.
또한 실제로 이 시스템은 훨씬 더 비싸므로 실제 사용이 제한될 수 있습니다. 또한, 글로벌 사용을 위해서는 이러한 내비게이션의 기지국이 현재 이동 통신을 위한 통신국과 마찬가지로 전 세계에 배포되어야 합니다. 이에 비해 전체 GPS 시스템은 지구 궤도에 있는 31개의 위성에만 의존합니다.
두 번째 문제는 정확도입니다. MuWNS 내비게이션 시스템의 도움으로 지하 1,5km 이상을 "볼" 수 있지만, 시간 동기화를 위해 석영 시계를 사용하면 빠른 움직임으로 인해 위치 오류가 발생하기 때문에 정적 물체에 방향을 맞출 수 있습니다. 원자시계 칩은 이론적으로 이 문제를 해결할 수 있지만 현재 가격이 2000달러 이상이므로 이 기술을 사용하는 모든 장치(스마트폰, 스마트워치 등)의 비용이 최소한 그 정도는 크게 증가할 것입니다.
실시간 내비게이션을 훨씬 더 정확하게 만드는 이 시스템을 개선하려면 시간과 비용이 필요합니다. 이상적으로 팀은 CSAC(칩 크기 원자 시계)를 사용하려고 합니다. CSAC는 이미 상용화되어 있고 현재의 쿼츠 시계보다 우수하기 때문입니다. 그러나 그들은 지금 우리에게 너무 비쌉니다. 그러나 시간이 지나면 휴대폰용 CSAC에 대한 글로벌 수요가 증가함에 따라 훨씬 저렴해질 것으로 기대됩니다.
이 기술이 완전히 개발되어 널리 사용되기까지는 적어도 5년이 걸릴 것입니다. 연구원들은 이미 Vector muPS라고 불리는 MuWNS의 다음 버전에 대한 연구를 시작했는데, 이는 실시간 원자 시계를 필요로 하지 않아 이 기술의 가장 큰 문제 중 하나를 해결할 것입니다.
미래에 MuWNS는 지하에서 무인 차량을 제어하거나 수중 로봇을 제어하는 데 사용될 수 있습니다. 원자 시계 외에도 MuWNS의 다른 모든 전자 부품은 소형화될 수 있으며 개발팀은 곧 MuWNS를 휴대폰과 같은 휴대용 장치에 통합하는 것이 가능할 것으로 기대하고 있습니다. 이것은 건물이나 광산의 암석 붕괴와 같은 긴급 상황에서 수색 및 구조 팀이 일하는 방식을 바꿀 수 있습니다.
특정 조건에서 이 내비게이션이 GPS보다 비교할 수 없을 정도로 우수하기 때문에 뮤온을 기반으로 하는 고유한 MuWNS 기술이 사용될 것이라는 데는 의심의 여지가 없습니다. 예를 들어, 구조 또는 지질 탐사 중에 지하 또는 수중을 탐색해야 하는 경우 이러한 내비게이션 시스템은 로컬에 배치되더라도 과학이 허용하는 가장 효과적인 위치 탐지기 중 하나가 될 것입니다. 아마도 그 도움으로 승객과 승무원을 구할 수 있었을 것입니다. 바시스카프 "타이탄", 최근 태평양 바다에 가라 앉았습니다.
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