
2015 Hiroyuki KM Tanaka
GPS artık günlük hayatın temel dayanağı haline geldi ve geniş bir uygulama yelpazesinde konum belirleme, navigasyon, izleme, haritalama ve zamanlama konusunda bize yardımcı oluyor. Ancak, en önemlisi binalardan, kayalardan veya sudan geçememek gibi birkaç eksikliği var. iScience dergisinde yayınlanan yeni bir makaleye göre, Japon araştırmacıların radyo dalgaları yerine kozmik ışınlara veya müonlara dayanan alternatif bir kablosuz navigasyon sistemi geliştirmelerinin nedeni budur. Ekip ilk başarılı testini gerçekleştirdi ve sistem bir gün arama kurtarma ekipleri tarafından örneğin robotları su altında yönlendirmek veya otonom araçların yer altında gezinmesine yardımcı olmak için kullanılabilir.
Japonya’daki Tokyo Üniversitesi’nden Muographix’ten ortak yazar Hiroyuki Tanaka, “Kozmik ışın müonları Dünya’ya eşit olarak düşüyor ve hangi maddeden geçtiklerine bakılmaksızın her zaman aynı hızda hareket ediyor, kilometrelerce kayaya bile nüfuz ediyor” dedi. müonları kullanarak, yer altında, iç mekanlarda ve su altında çalışan muometrik konumlandırma sistemi (muPS) adını verdiğimiz yeni bir GPS türü geliştirdik.”
Daha önce bildirildiği gibi, arkeolojik yapıları görüntülemek için müonların kullanılmasına ilişkin uzun bir geçmiş vardır; bu süreç, kozmik ışınlar bu parçacıkların sürekli bir kaynağını sağladığından daha kolay hale gelmiştir. Muonlar ayrıca, sınır kapılarında yasa dışı olarak taşınan nükleer malzemeleri aramak ve ne zaman patlayabileceklerini tespit etme umuduyla aktif volkanları izlemek için kullanılır. 2008’de Austin, Texas Üniversitesi’ndeki bilim adamları, Belize’deki olası gizli Maya kalıntılarını aramak için eski müon dedektörlerini yeniden kullandılar. Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’ndaki fizikçiler, 15. yüzyılın başlarında Filippo Brunelleschi tarafından tasarlanan İtalya’nın Floransa kentindeki Çiçekli Aziz Meryem Katedrali’nin tepesindeki kubbenin (Il Duomo) yapım sırlarını açığa çıkarmak için muon görüntüleme sistemlerinin taşınabilir versiyonlarını geliştiriyorlar. yüzyıl.
2016 yılında, müon görüntüleme kullanan bilim adamları, Mısır’daki Büyük Giza Piramidi’nin kuzey yüzündeki ünlü şerit blokların arkasında gizli bir koridor olduğunu gösteren sinyaller aldılar. Ertesi yıl, aynı ekip, piramidin başka bir bölgesinde gizemli bir boşluk tespit etti ve bunun gizli bir oda olabileceğine inandı ve daha sonra iki farklı müon görüntüleme yöntemi kullanılarak haritalandı. Ve daha geçen ay bilim adamları, günümüz Napoli’sinin yaklaşık 10 metre (yaklaşık 33 fit) aşağısında, antik Neapolis nekropolünün kalıntılarında daha önce gizlenmiş bir odayı keşfetmek için müon görüntülemeyi kullandılar.
Tanaka’ya göre, otonom robotlar ve araçlar bir gün evlerde, hastanelerde, fabrikalarda ve madencilik operasyonlarında olduğu kadar arama kurtarma görevlerinde de yaygın hale gelebilir, ancak henüz evrensel bir navigasyon ve konumlandırma aracı yok. et al. Belirtildiği gibi, GPS yeraltına veya su altına giremez. RFID teknolojileri, küçük pillerle iyi bir doğruluk elde edebilir, ancak sunucular, yazıcılar, monitörler vb. içeren bir kontrol merkezi gerektirir. Kesin hesaplama, düzeltme sağlayacak harici bir sinyal olmaksızın kronik tahmin hatalarıyla boğuşur. Akustik, lazer tarayıcı ve Lidar yaklaşımlarının da sakıncaları vardır. Böylece Tanaka ve meslektaşları kendi alternatif sistemlerini geliştirirken müonlara yöneldiler.

2023 Hiroyuki KM Tanaka
Müon görüntüleme yöntemleri tipik olarak gazla dolu odaları içerir. Müonlar gazın içinden hızla geçerken, gaz parçacıklarıyla çarpışırlar ve dedektör tarafından kaydedilen, bilim adamlarının parçacığın enerjisini ve yörüngesini hesaplamasına izin veren bir ışık parlaması (parıldama) yayarlar. X-ışınları veya radyo dalgaları yerine doğal olarak oluşan yüksek enerjili müonlar dışında, X-ışını görüntülemeye veya yer radarına benzer. Bu daha yüksek enerji, kalın, yoğun maddeyi hayal etmeyi mümkün kılar. Görüntülenen nesne ne kadar yoğunsa, o kadar fazla müon engellenir. Muographix sistemi, müon tespit eden alıcılar için koordinat görevi gören yer üstünde dört müon tespit eden referans istasyonuna dayanır; bunlar, yer altında veya su altında konuşlandırılır.
Ekip, Tokyo Körfezi’ndeki hızla değişen gelgit koşullarını tespit etmek için müon tabanlı bir su altı sensör dizisinin ilk denemesini 2021’de gerçekleştirdi. Deniz seviyesinden yaklaşık 45 metre (147 fit) aşağıda bulunan Tokyo Körfezi Aqua-Line karayolunun servis tüneline on müon dedektörü yerleştirdiler. Sistemin güçlü fırtına dalgalarını veya tsunamileri algılama yeteneğini göstermek için yeterli olan, 10 metrelik (yaklaşık 33 fit) uzamsal çözünürlük ve bir metrelik (3,3 fit) zaman çözünürlüğü ile tünelin yukarısındaki denizi görüntüleyebildiler.
Dizi, aynı yılın Eylül ayında, Japonya’nın güneyden yaklaşan ve hafif okyanus dalgaları ve tsunamilere neden olan bir tayfun tarafından vurulduğunda teste tabi tutuldu. Ekstra su hacmi, müonların saçılmasını biraz artırdı ve bu değişiklik, okyanus dalgalarının diğer ölçümlerine iyi bir şekilde karşılık geldi. Ve geçen yıl, Tanaka’nın ekibi muografi kullanarak bir siklonun dikey profilini başarıyla görüntülediklerini, siklonun enine kesitlerini gösterdiklerini ve yoğunluktaki değişimleri ortaya çıkardıklarını bildirdi. Yüksek basınçlı soğuk dış kısmın aksine, sıcak çekirdeğin düşük yoğunluklu olduğunu keşfettiler. Mevcut uydu izleme sistemleriyle bağlantılı olarak muografi, siklon tahminlerini iyileştirebilir.

2023 Hiroyuki KM Tanaka
Ekibin daha önceki yinelemeleri, alıcıyı yer istasyonuna hareketi önemli ölçüde sınırlayan bir tel ile bağladı. Bu yeni sürüm – muometrik kablosuz navigasyon sistemi veya MuWNS – adından da anlaşılacağı gibi tamamen kablosuzdur ve yer istasyonlarını alıcıyla senkronize etmek için yüksek hassasiyetli kuvars saatler kullanır. Birlikte ele alındığında, referans istasyonları ve senkronize edilmiş saatler, alıcının koordinatlarının belirlenmesini mümkün kılar.
Test çalışması için, yer istasyonları bir binanın altıncı katına yerleştirildi ve alıcıyı tutan bir “gezici” bodrum koridorlarında dolaştı. Ortaya çıkan ölçümler, gezginin rotasını hesaplamak ve kat edilen yolu doğrulamak için kullanıldı. Tanaka’ya göre MuWNS, 2 ila 25 metre (6,5 ila 82 fit) arasında bir doğrulukla ve 100 metreye (yaklaşık 328 fit) kadar bir aralıkta performans gösterdi. “Bu, kentsel alanlarda yer üstünde tek noktalı GPS konumlandırması kadar iyidir,” dedi. “Ama yine de pratik bir seviyeden uzak. İnsanların bir metrelik hassasiyete ihtiyacı var ve bunun anahtarı zaman senkronizasyonu.”
Bir çözüm, kuvars saatlerden iki kat daha doğru olan, ticari olarak temin edilebilen çip ölçekli atomik saatleri dahil etmek olacaktır. Ancak bu atomik saatler şu anda çok pahalı, ancak Tanaka gelecekte teknolojinin cep telefonlarına daha geniş bir şekilde dahil edilmesiyle maliyetin düşeceğini öngörüyor. MuWNS’de kullanılan elektroniklerin geri kalanı, onu bir el cihazı haline getirmek için minyatürleştirilecektir.
DOI: iScience, 2023. 10.1016/j.isci.2023.107000 (DOI’ler hakkında).
Muographix’teki insanlar, muon tabanlı sistemlerini açıklamak için bu büyüleyici kurgusal animasyon videosunu yarattı.