ระบบ 'GPS' แรกของโลกใช้รังสีคอสมิก

นักวิทยาศาสตร์ พัฒนาระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลกที่สามารถติดตามการเคลื่อนไหวใต้ดินโดยใช้รังสีคอสมิกอันทรงพลัง

ภาพประกอบรังสีคอสมิกที่พุ่งชนโลกจากอวกาศ ภาพ: Shutterstock — ภาพประกอบรังสีคอสมิกที่พุ่งชนโลกจากอวกาศ ภาพ: *Shutterstock*

รังสีคอสมิกเป็นอนุภาคพลังงานสูงที่มีต้นกำเนิดจากอวกาศภายนอก ซึ่งรวมถึงแหล่งกำเนิดต่างๆ เช่น ดวงอาทิตย์ กาแล็กซีอันไกลโพ้น ซูเปอร์โนวา และเทห์ฟากฟ้าอื่นๆ แม้ว่ามนุษย์จะไม่สามารถมองเห็นหรือรู้สึกถึงรังสีคอสมิกได้โดยตรง แต่รังสีคอสมิกก็กำลังแผ่รังสีจากอวกาศเข้ามายังโลกอย่างต่อเนื่อง อันที่จริง รังสีคอสมิกมีอยู่มากมายจนนักวิทยาศาสตร์ประเมินว่าทุกๆ นาที รังสีคอสมิกหนึ่งลูกจะพุ่งชนพื้นผิวโลกหนึ่งตารางเซนติเมตร

ทีมวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์ฮิโรยูกิ ทานากะ จากมหาวิทยาลัยโตเกียว ได้ใช้รังสีคอสมิกเพื่อพัฒนาระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลกที่สามารถติดตามการเคลื่อนไหวใต้ดินได้ Interesting Engineering รายงานเมื่อวันที่ 18 มิถุนายน งานวิจัยใหม่นี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร iScience

เมื่อรังสีคอสมิกเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก รังสีจะชนกับโมเลกุลและอะตอมในอากาศ ก่อให้เกิดอนุภาคทุติยภูมิที่เรียกว่ามิวออน มิวออนเป็นอนุภาคมูลฐานที่มีลักษณะคล้ายอิเล็กตรอน แต่หนักกว่า 207 เท่า มิวออนสามารถทะลุผ่านวัตถุที่เป็นของแข็งได้ ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของวัตถุ ตัวอย่างเช่น หินและอาคารดูดซับมิวออนไว้จำนวนมากเนื่องจากมีความหนาแน่นสูง

ในขณะเดียวกัน GPS จะต้องอาศัยคลื่นวิทยุแบบดั้งเดิม ซึ่งจะอ่อนกว่าเมื่ออยู่ที่ระดับความสูง และมีแนวโน้มที่จะกระจัดกระจาย ทำให้ยากต่อการตรวจจับการเคลื่อนไหวใต้ดิน

ทานากะและเพื่อนร่วมงานได้ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของรังสีคอสมิกเพื่อทำแผนที่สถานที่ที่เข้าถึงได้ยาก เช่น ภูเขาไฟ แกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และพีระมิด พวกเขาพัฒนาระบบระบุตำแหน่งแบบไร้สายแบบใหม่โดยใช้มิวออนที่เรียกว่า MuWNS ระบบนี้ประกอบด้วยเครื่องตรวจจับอ้างอิงบนพื้นผิวและเครื่องตรวจจับรับสัญญาณใต้ดินเพื่อตรวจจับเส้นทางการเคลื่อนที่ของมิวออน โดยการวิเคราะห์เวลาและทิศทางของมิวออน MuWNS จะกำหนดตำแหน่งของเครื่องตรวจจับรับสัญญาณใต้ดินเทียบกับเครื่องตรวจจับอ้างอิงบนพื้นผิว

ข้อมูลทั้งหมดที่รวบรวมได้จะถูกนำไปใช้สร้างเส้นทางของมิวออนขึ้นใหม่เพื่อสร้างแบบจำลองหรือแผนที่ของพื้นที่ใต้ดิน แผนที่นี้สามารถให้ข้อมูลที่มีค่า เช่น องค์ประกอบและความหนาแน่นของวัสดุที่มิวออนเคลื่อนผ่าน ช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญเห็นภาพโครงสร้างใต้ดินและลักษณะทางธรณีวิทยาได้

ทีมวิจัยได้ทดสอบระบบ MuWNS ใหม่โดยการวางหุ่นยนต์รับสัญญาณไว้ในห้องใต้ดิน และวางเครื่องตรวจจับอ้างอิงสี่เครื่องไว้ที่ชั้นหกของอาคาร จากนั้นพวกเขาสามารถสร้างเส้นทางเดินของบุคคลในห้องใต้ดินได้สำเร็จโดยการคัดกรองรังสีคอสมิกที่เครื่องตรวจจับตรวจจับได้

ทีมวิจัยได้สาธิตระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลกที่ใช้รังสีคอสมิกระบบแรกของ โลก ซึ่งสามารถรองรับภารกิจค้นหาและกู้ภัยและการติดตามภูเขาไฟในอนาคตได้ ต่อไป พวกเขาวางแผนที่จะปรับปรุง MuWNS เพื่อให้สามารถรวมเข้ากับสมาร์ทโฟนได้

ถุเถา (ตาม หลักวิศวกรรมที่น่าสนใจ )

ลิงค์ที่มา