جایگزینی برای GPS؛ اولین آزمایش سیستم مسیریابی بی‌سیم با پرتوهای کیهانی انجام شد

جی‌پی‌اس سیستم فوق‌العاده‌ای است که برای انجام امور مختلف به بخشی از زندگی روزمره ما تبدیل شده، اما نقاط ضعف خاص خودش را دارد. حالا محققان ژاپنی یک سیستم مسیریابی بی‌سیم جدید را ساخته‌اند که به‌جای امواج رادیویی به پرتوهای کیهانی یا میون متکی است. آن‌ها برای اولین‌بار آزمایش موفق این سیستم را انجام داده‌اند و امیدوارند که روزی بتوانند به‌عنوان جایگزین جی‌پی‌اس از آن استفاده کنند.

یکی از نقایص سیستم جی‌پی‌اس عدم امکان عبور امواج رادیویی از ساختمان‌ها، سنگ‌ها یا آب است. ازاین‌رو، دانشمندان دانشگاه توکیوی ژاپن با کمک میون‌ها فناوری جدیدی موسوم به «سیستم موقعیت‌یابی میومتریک» (muPS) را طراحی کرده‌اند که حتی می‌تواند در زیر زمین، در داخل ساختمان‌ها و زیر آب کار کند. پرتوهای کیهانی به‌طور یکسان در سراسر کره زمین پخش هستند و بدون در نظر گرفتن ماده‌ای که از آن می‌گذرند، همیشه سرعت یکسانی دارند.

پژوهشگران اولین‌بار در سال 2021 آرایه‌ای از حسگرهای زیرآبی میون را آزمایش کردند. آن‌ها توانستند با این سیستم از تونلی که در عمق 45 متری دریا قرار داشتند، تصویربرداری کنند. در ادامه نسخه جدیدی از این سیستم با نام «سامانه مسیریابی بی‌سیم میومتریک» (MuWNS) ساخته شد که برخلاف مدل‌های اولیه بدون سیم کار می‌کرد و از ساعت‌های کوارتز بسیار دقیق بهره می‌برد تا زمان ایستگاه‌های زمینی را با گیرنده هماهنگ کند. در این روش، ایستگاه‌های ارجاع و ساعت‌های هماهنگ‌شده اجازه می‌دهند تا موقعیت گیرنده را پیدا کنیم.

دقت سیستم مسیریابی با پرتوهای کیهانی چقدر است؟

در آزمایش اخیر، ایستگاه‌های زمینی روی طبقه ششم یک ساختمان قرار گرفته بودند و فردی که دستگاه گیرنده را حمل می‌کرد، در راهروهای زیرزمین ساختمان راه می‌رفت. درنهایت، از اندازه‌گیری‌های این سیستم برای محاسبه مسیر حرکت دستگاه گیرنده و موقعیت آن استفاده شد.

«هیرویوکی تاناکا» از دانشگاه توکیو می‌گوید دقت سیستم MuWNS بین 2 و 25 متر و رنج آن حداکثر 100 متر است: «این سیستم اگر نگوییم بهتر، اما به‌خوبی سیستم‌های تک‌نقطه‌ای جی‌پی‌اس در مناطق شهری است. منتها این سیستم هنوز فاصله زیادی تا کاربردی‌شدن دارد. مردم نیازمند سیستمی با دقت یک‌متری هستند و کلید دستیابی به این مهم همگام‌سازی زمانی است.»

یکی از راه‌های بهبود MuWNS استفاده از ساعت‌های اتمی تجاری است که نسبت به ساعت‌های کوارتز دو برابر دقت بیشتری دارند. ولی این ساعت‌های اتمی درحال‌حاضر بسیار گران هستند. تاناکا پیش‌بینی می‌کند که با افت قیمت این فناوری در آینده بتوان از آن‌ها استفاده کرد و این سیستم را به گوشی‌های همراه آورد. نتایج این پژوهش در مجله iScience منتشر شده است.