Superszybkie cząstki o rozmiarach subatomowych, zwane mionami, zostały użyte jako pierwsza na świecie do bezprzewodowej nawigacji pod ziemią. Wykorzystując naziemne stacje wykrywające miony, zsynchronizowane z podziemnym odbiornikiem wykrywającym miony, naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego byli w stanie obliczyć położenie odbiornika w piwnicy sześciopiętrowego budynku. Ponieważ GPS nie może penetrować skał ani wody, ta nowa technologia może być wykorzystywana w przyszłych akcjach poszukiwawczych i ratowniczych, do monitorowania podwodnych wulkanów i kierowania autonomicznymi pojazdami pod ziemią i pod wodą.
GPS, globalny system pozycjonowania, jest dobrze znanym narzędziem nawigacyjnym i oferuje obszerną listę pozytywnych zastosowań, od bezpieczniejszych podróży lotniczych po mapowanie lokalizacji w czasie rzeczywistym. Ma jednak pewne ograniczenia. Sygnały GPS są słabsze na wyższych szerokościach geograficznych i mogą zostać zagłuszone lub sfałszowane (gdy fałszywy sygnał zastępuje autentyczny). Sygnały mogą również odbijać się od powierzchni, takich jak ściany, zakłócane przez drzewa i nie mogą przechodzić przez budynki, skały ani wodę.
Dla porównania, miony trafiły na pierwsze strony gazet w ostatnich latach ze względu na ich zdolność do pomagania nam zajrzeć w głąb wulkanów, zajrzeć przez piramidy i zajrzeć do wnętrza cyklonów. Miony spadają stale i często na całym świecie (około 10 000 na metr kwadratowy na minutę) i nie można nimi manipulować. „Miony promieniowania kosmicznego padają równo na Ziemię i zawsze poruszają się z tą samą prędkością, niezależnie od tego, przez jaką materię przechodzą, penetrując nawet kilometry skał” – wyjaśnił profesor Hiroyuki Tanaka z Muographix na Uniwersytecie Tokijskim. „Teraz, używając mionów, opracowaliśmy nowy rodzaj GPS, który nazwaliśmy muometrycznym systemem pozycjonowania (muPS), który działa pod ziemią, wewnątrz i pod wodą”.
MuPS został pierwotnie stworzony, aby pomóc wykrywać zmiany dna morskiego spowodowane przez podwodne wulkany lub ruchy tektoniczne. Wykorzystuje cztery naziemne stacje referencyjne wykrywające miony, aby zapewnić współrzędne dla podziemnego odbiornika wykrywającego miony. Wczesne iteracje tej technologii wymagały podłączenia odbiornika do stacji naziemnej przewodem, co znacznie ograniczało ruch. Jednak najnowsze badania wykorzystują bardzo precyzyjne zegary kwarcowe do synchronizacji stacji naziemnych z odbiornikiem. Cztery parametry dostarczane przez stacje referencyjne oraz zsynchronizowane zegary służące do pomiaru „czasu przelotu” mionów umożliwiają określenie współrzędnych odbiornika. Ten nowy system nazywa się Muometric Wireless Navigation System (MuWNS).
Aby przetestować zdolność nawigacyjną MuWNS, detektory referencyjne zostały umieszczone na szóstym piętrze budynku, podczas gdy „nawigator” zabrał detektor odbiornika na piętro piwnicy. Powoli spacerowali po korytarzach piwnicy, trzymając słuchawkę. Zamiast nawigować w czasie rzeczywistym, wykonano pomiary i wykorzystano je do obliczenia trasy oraz potwierdzenia przebytej ścieżki.
„Aktualna dokładność MuWNS wynosi od 2 do 25 metrów, a zasięg do 100 metrów, w zależności od głębokości i prędkości poruszania się osoby. Jest to równie dobre, jeśli nie lepsze, niż jednopunktowe pozycjonowanie GPS. nad ziemią na obszarach miejskich” – powiedział Tanaka. „Ale nadal daleko mu do praktycznego poziomu. Ludzie potrzebują dokładności do jednego metra, a kluczem do tego jest synchronizacja czasu”.
Ulepszenie tego systemu, aby umożliwić nawigację w czasie rzeczywistym z dokładnością do licznika, zależy od czasu i pieniędzy. W idealnej sytuacji zespół chce używać zegarów atomowych w skali chipa (CSAC): „CSAC są już dostępne na rynku i są o dwa rzędy wielkości lepsze niż zegary kwarcowe, których obecnie używamy. Jednak są one zbyt drogie, abyśmy mogli ich teraz używać. Przewiduję, że staną się znacznie tańsze, gdy globalny popyt na CSAC na telefony komórkowe wzrośnie” – powiedział Tanaka.
MuWNS może kiedyś zostać wykorzystany do nawigacji robotów pracujących pod wodą lub prowadzenia autonomicznych pojazdów pod ziemią. Oprócz zegara atomowego, wszystkie inne komponenty elektroniczne MuWNS można teraz zminiaturyzować, więc zespół ma nadzieję, że ostatecznie możliwe będzie zamontowanie go w urządzeniach przenośnych, takich jak telefon. W sytuacjach awaryjnych, takich jak zawalenie się budynku lub kopalni, może to w przyszłości zmienić zasady gry dla zespołów poszukiwawczych i ratowniczych.