Los científicos utilizaron muones ultrarrápidos para viajar bajo tierra de forma inalámbrica

Para realizar la automatización de los servicios domésticos, hospitalarios, de oficina, de fábrica y de minería, la navegación en entornos interiores y subterráneos se ha estudiado ampliamente y se han propuesto varias técnicas para implementarla.

Científicos de la Universidad de Tokio han desarrollado una nueva tecnología para navegar por lugares a los que el GPS no puede llegar. Usando su tecnología, es posible calcular la posición de un receptor en el sótano de un edificio de seis pisos.

Curiosamente, la tecnología utiliza estaciones terrestres de detección de munes, que están sincronizadas con un receptor subterráneo de detección de munes.

Los muones han llamado recientemente la atención por su capacidad para mirar dentro de las pirámides, profundizar bajo los volcanes y observar huracanes. Los muones caen de forma continua y regular (a una media de 10.000 metros cuadrados por minuto) y no se pueden manipular.

Dijo el profesor Hiroyuki Tanaka de Mueographics de la Universidad de Tokio. «Los muones de rayos cósmicos caen uniformemente sobre la Tierra y siempre viajan a la misma velocidad sin importar el objeto que atraviesen, incluso penetrando kilómetros de roca. Ahora, al usar muones, hemos creado un nuevo tipo de GPS, al que llamamos Sistema de Posicionamiento Geométrico (MIPS), que funciona bajo tierra, en interiores y bajo el agua.

Construido para detectar cambios en el nivel del mar, el detector de muones utiliza cuatro estaciones de referencia del detector de muones del subsuelo para proporcionar coordenadas del subsuelo al receptor. Las iteraciones anteriores de esta tecnología requerían que el receptor estuviera conectado a una estación terrestre, lo que limitaba severamente la movilidad. Sin embargo, un estudio más reciente utiliza relojes de cuarzo de alta precisión para sincronizar las estaciones terrestres con el receptor.

Las coordenadas del receptor se pueden calcular utilizando los cuatro parámetros proporcionados por las estaciones de referencia y los relojes sincronizados necesarios para medir el «tiempo de vuelo» de los muones. Este nuevo sistema se llama Mumetric Wireless Navigation System (MuWNS).

Para el experimento, los científicos colocaron los detectores en el sexto piso de un edificio, mientras que un receptor de «navegación» llevó el detector al piso del sótano. Se movieron con cuidado por el sótano, sujetando el auricular. En lugar de utilizar la navegación en tiempo real, se tomaron medidas para determinar su rumbo y verificar el camino que siguieron.

Tanaka dijo, «La precisión actual de MuWNS es de entre 2 y 25 metros, con un alcance de hasta 100 metros dependiendo de la profundidad y la velocidad de la persona que camina. Es tan bueno como el posicionamiento GPS de un solo punto sobre el suelo en áreas urbanas. Pero Todavía está lejos del nivel práctico. Un metro para personas. Se requiere precisión y la sincronización de tiempo es clave.

“Actualizar este sistema para permitir una navegación precisa en tiempo real requiere mucho tiempo y dinero. Idealmente, al equipo le gustaría usar relojes atómicos a escala de chip (CSAC): los CSAC ya están disponibles comercialmente y son superiores a los relojes de cuarzo actuales. Sin embargo, son demasiado caros para usar ahora. Pero a medida que aumente la demanda mundial de CSAC para teléfonos móviles, se volverán más asequibles.

En el futuro, MuWNS podría usarse para operar vehículos sin conductor bajo tierra o para operar robots submarinos. Excepto por el reloj atómico, todos los demás componentes electrónicos de MuWNS ahora se pueden hacer más pequeños, y el equipo espera pronto poder integrar MuWNS en dispositivos portátiles como su teléfono. Esto reemplazará a los equipos de búsqueda y rescate que actuarán en situaciones de emergencia como el colapso de un edificio o una mina.

Nota del diario:

1. Hiroyuki KM Tanaka, Giuseppe Gallo, Jon Gluyas, Osamu Kamoshida, Domenico Lo Presti, Takashi Shimizu, Sara Steigerwald, Koji Takano, Yucheng Yang, Yusuke Yokota, “Primera navegación en un sistema biométrico inalámbrico” Ciencia: 15 de junio de 2023, DOI: 10.1016/j.isci.2023.107000