Un groupe de développeurs japonais a récemment présenté un nouveau système de navigation MuWNS qui fonctionnera sous terre et sous l'eau. Le fonctionnement du système est basé sur l'utilisation des rayons cosmiques.
La portée de la navigation par satellite GPS est, paradoxalement, très limitée. Malgré le fait que les satellites qui nous connectent au système de navigation sont à 20 000 km. Oui, ils volent haut au-dessus de la surface. Par conséquent, seul un plafond épais ou une descente dans le sous-sol suffit pour que le système cesse de fonctionner. Cela pourrait cependant changer avec l'utilisation du… rayonnement cosmique pour la navigation.
La navigation par satellite, aussi phénoménale soit-elle et souvent salvatrice (sans parler de la faciliter au quotidien), a ses limites. Les conditions idéales pour le bon fonctionnement d'un tel système sont un ciel clair et une connexion non obstruée par des arbres ou, plus encore, des bâtiments. Sinon, le signal peut tout simplement ne pas atteindre notre appareil depuis le satellite et vice versa.
Ces limitations découlent du fait que la navigation par satellite utilise un signal radio qui ne peut pas surmonter bon nombre des obstacles qui nous entourent au quotidien. Tout comme la communication radio classique a des problèmes lorsque nous sommes dans un ascenseur, dans une cave ou un garage souterrain, le signal d'un satellite n'a pas assez de puissance pour franchir plusieurs mètres d'obstacles. Parce que 20 000 km, c'est une distance assez longue pour les ondes radio et les obstacles sur leur chemin.
Intéressant aussi : Comment Taïwan, la Chine et les États-Unis se battent pour la domination technologique : la grande guerre des puces
Muons au lieu de radio
Récemment, cependant, des chercheurs de l'Université de Tokyo ont développé une technologie de navigation sans fil basée sur les muons qui peut être utilisée n'importe où sur Terre, même sous terre et sous l'eau. L'étude a été publiée dans la revue iScience. on s'en fout peut apprendre à le connaître plus en détail. Nous allons essayer de tout expliquer avec des mots simples.
Que sont les muons ? Ce sont des particules élémentaires chargées instables qui ont la plus grande capacité de pénétration. Ils peuvent être obtenus en laboratoire, mais le plus important est qu'un puissant flux de muons atteint constamment la Terre sous forme de rayons cosmiques qui pénètrent à près de 2 km de profondeur dans notre planète. Environ 10 XNUMX muons par minute tombent sur chaque mètre carré de la surface de la Terre.
Ces dernières années, les muons ont attiré une attention considérable des scientifiques. C'est grâce à leur excellente capacité de pénétration que les muons peuvent être utilisés pour étudier les profondeurs des volcans, regarder au cœur des pyramides et étudier la structure interne des cyclones. De plus, les muons restent insensibles aux interférences.
"Les muons des rayons cosmiques tombent également sur la Terre et se déplacent toujours à une vitesse constante, quelle que soit la matière qu'ils traversent, surmontant même une couche de roches d'un kilomètre"», a expliqué le professeur Hiroyuki Tanaka de Muographix à l'Université de Tokyo. "Maintenant, en utilisant des muons, nous avons développé un nouveau type de navigation, que nous avons appelé un système de positionnement muométrique (muPS), qui fonctionne sous terre, à l'intérieur et sous l'eau".
La technologie proposée s'appelle système de navigation sans fil muométrique (MuWNS), qui peut être traduit par "système de navigation sans fil myométrique". Il améliore une technologie précédemment développée par les mêmes chercheurs qui utilisaient les muons pour analyser les mouvements des plaques tectoniques. Ces études ont permis de surveiller le mouvement des plaques tectoniques et, sur cette base, de fournir une alerte précoce d'éventuels tremblements de terre.
Intéressant aussi : Tout sur les spécifications USB et les différences entre USB Type-C et USB Type-A
Mesurer des distances avec MuWNS
Cependant, la navigation nécessite de comparer les distances à partir d'au moins quatre points pour déterminer avec précision la position dans un environnement 3D. Les muons atteignent la Terre en un flux continu. Mais leur simple détection ne donne pas grand-chose. Par conséquent, il est nécessaire de créer un système de communication entre les quatre stations et l'appareil dont nous voulons suivre l'emplacement. En pratique, cela signifie que l'équivalent des satellites MuWNS ne doit pas nécessairement être en orbite, mais peut être installé à la surface de la Terre. Autrement dit, ce sont des stations de base au sol.
La première version de la technologie utilisée pour étudier les plaques tectoniques était câblée, ce qui signifie que le signal vers et depuis chaque émetteur était envoyé via des fils physiques. Cependant, cela rend complètement impossible son utilisation pour une navigation efficace. Parce que c'est une chose assez lourde et coûteuse.
La solution au problème s'est avérée assez simple. Des horloges à quartz précises ont été utilisées pour la synchronisation sans fil des détecteurs et des récepteurs. La description de MuWNS se lit comme suit :
"Quatre paramètres fournis par les stations de base et les horloges à quartz synchronisées utilisées pour mesurer le 'temps de vol' des muons permettent de déterminer les coordonnées du récepteur."
Dans l'une des premières expériences, un récepteur situé au sous-sol a été trouvé à l'aide d'une station située au sixième étage du bâtiment. C'est incroyable, car le système GPS n'aurait certainement pas fait face à une telle tâche.
Pour les tests, les scientifiques ont placé les détecteurs au sixième étage du bâtiment et le détecteur-récepteur au sous-sol. Se déplaçant prudemment dans les couloirs du sous-sol, les chercheurs, au lieu d'utiliser la navigation, ont pris des mesures en temps réel pour déterminer leur trajectoire et vérifier le chemin qu'ils empruntaient.
À la suite de l'expérience, il s'est avéré que la précision de MuWNS est de 2 à 25 m, avec une portée allant jusqu'à 100 m, en fonction de la profondeur et de la vitesse des mouvements humains. C'est aussi bon, sinon mieux, que le positionnement GPS en un seul point au sol dans les zones urbaines. Mais le niveau pratique est encore loin. Les gens ont besoin d'une précision au mètre près, et la synchronisation de l'heure en est la clé.
Lisez aussi: Tout ce que vous devez savoir sur Copilot de Microsoft
Il ne remplacera pas le GPS, mais il sauvera des vies
Ainsi, le nouveau système de navigation MuWNS est encore au stade de développement et d'expérimentation. C'est encore assez brut, pas question de l'utiliser à l'échelle d'une seule ville.
De plus, en pratique, ce système sera beaucoup plus coûteux, ce qui peut limiter son utilisation pratique. De plus, pour une utilisation mondiale, les stations de base de ce type de navigation doivent être réparties dans le monde entier, comme le sont actuellement les stations de télécommunication pour la communication mobile. En comparaison, l'ensemble du système GPS repose sur seulement 31 satellites en orbite terrestre.
Le deuxième problème est la précision. Bien que nous puissions "voir" plus de 1,5 km sous terre à l'aide du système de navigation MuWNS, l'utilisation d'horloges à quartz pour la synchronisation de l'heure nous permet de nous orienter vers des objets statiques, car un mouvement rapide entraînera des erreurs de localisation. Les puces d'horloge atomique pourraient théoriquement résoudre ce problème, mais elles coûtent actuellement 2000 XNUMX $ ou plus, ce qui augmenterait considérablement le coût de chaque appareil (smartphone, smartwatch, etc.) qui utiliserait cette technologie d'au moins ce montant.
Améliorer ce système, qui rendrait la navigation en temps réel beaucoup plus précise, demande du temps et de l'argent. Idéalement, l'équipe souhaite utiliser des horloges atomiques à l'échelle de la puce (CSAC), car les CSAC sont déjà disponibles dans le commerce et sont meilleures que les horloges à quartz actuelles. Cependant, ils sont trop chers pour nous maintenant. Mais avec le temps, ils deviendront, espérons-le, beaucoup moins chers à mesure que la demande mondiale de CSAC pour téléphones mobiles augmentera.
Il faudra au moins 5 ans avant que cette technologie ne soit pleinement développée et largement disponible. Les chercheurs ont déjà commencé à travailler sur la prochaine version de MuWNS, appelée Vector muPS, qui ne nécessitera pas d'horloges atomiques en temps réel, résolvant ainsi l'un des plus gros problèmes de la technologie.
À l'avenir, MuWNS pourrait être utilisé pour contrôler des véhicules sans pilote sous terre ou contrôler des robots sous-marins. Outre l'horloge atomique, toutes les autres parties électroniques de MuWNS peuvent être miniaturisées, et l'équipe de développement s'attend à ce qu'il soit bientôt possible d'intégrer MuWNS dans des appareils portables tels qu'un téléphone. Cela pourrait changer la façon dont les équipes de recherche et de sauvetage travaillent dans des situations d'urgence, comme un bâtiment ou l'effondrement d'un rocher dans une mine.
Nul doute que la technologie unique MuWNS basée sur les muons sera utilisée, car dans certaines conditions cette navigation est incomparablement meilleure que le GPS. Lorsqu'il est nécessaire de naviguer sous terre ou sous l'eau, par exemple, lors d'expéditions de sauvetage ou géologiques, un tel système de navigation, même s'il est déployé localement, sera l'un des localisateurs les plus efficaces que la science nous permette. Peut-être, avec son aide, aurait-il été possible de sauver les passagers et les membres d'équipage bathyscaphe "Titan", qui a récemment coulé dans les eaux de l'océan Pacifique.
Lisez aussi: