Por Michelle Starr
Publicado no ScienceAlert
Chuvas de partículas que irrompem quando os raios cósmicos colidem com a atmosfera da Terra podem nos proporcionar um sistema viável de navegação subterrânea.
Múons de raios cósmicos chovendo sobre e parcialmente através da superfície do planeta permitiram aos cientistas calcular a posição de um indivíduo no porão de um edifício, um local no qual os sistemas de posicionamento global por satélite (GPS) não funcionam.
Este é um grande passo para uma navegação eficaz no subsolo, debaixo d’água e em altas latitudes, todos os lugares onde o GPS falha. De acordo com seus projetistas, poderia ser usado para fins como a realização de operações de busca e salvamento, monitoramento submarino, rastreamento em zonas silenciosas de rádio e mineração.
“Os múons de raios cósmicos caem igualmente pela Terra e sempre viajam na mesma velocidade, independentemente da matéria que atravessam, penetrando até mesmo quilômetros de rocha”, diz o físico Hiroyuki Tanaka , da Universidade de Tóquio, no Japão.
“Agora, usando múons, desenvolvemos um novo tipo de GPS, que chamamos de sistema de posicionamento muométrico (muPS), que funciona no subsolo, em ambientes fechados e debaixo d’água.”
O GPS funciona graças a uma técnica chamada trilateração. Os satélites GPS orbitam a Terra, transmitindo sinais em ondas de rádio portadoras. Um receptor – como um telefone celular ou o GPS de um carro – detecta esses sinais.
O tempo entre o envio e o recebimento do sinal dá a distância entre o satélite e o receptor. Múltiplas distâncias e as diferenças entre elas fornecem a localização do receptor. É um pouco como a ecolocalização. Voilà. Você está aqui.
Mas as ondas de rádio são uma forma de luz que é facilmente bloqueada. Você já reparou como o rádio do seu carro desliga quando você passa por um túnel? As ondas portadoras usadas pelo GPS do satélite não conseguem penetrar nas rochas ou na água e encontram dificuldades com paredes e árvores. Além disso, o GPS não funciona bem em altas latitudes; nenhum satélite GPS orbita sobre os pólos, então há um ponto latitudinal no qual a cobertura do satélite não é muito boa.
Por alguns anos, Tanaka e seus colegas investigaram o uso de partículas múons de raios cósmicos como uma espécie de substituto para sinais de GPS de satélite. Múons são partículas subatômicas criadas quando raios cósmicos de fontes como supernovas distantes ou o Sol colidem com partículas na atmosfera da Terra, e estão praticamente em toda parte; estima-se que um múon atinja cada centímetro quadrado da Terra uma vez por minuto ou mais.
Essas partículas viajam quase na velocidade da luz e podem penetrar profundamente no subsolo (eles são inofensivos; você provavelmente tem múons passando por você agora). Eles têm sido usados de forma eficaz para vasculhar estruturas como pirâmides , mas sua capacidade de penetrar onde a luz não pode deu aos cientistas a ideia de tentar usá-los para navegação.
A ideia é muito parecida com o GPS. Quatro estações de referência de detecção de múon são colocadas acima do solo, e o receptor de detecção de múon é colocado em uma pessoa ou no subsolo. Por exemplo, o muPS foi inicialmente desenvolvido para detectar como a atividade vulcânica ou movimento tectônico altera o fundo do mar.
À medida que uma chuva de múons cai, eles primeiro viajam pelos detectores de referência antes de seguirem para o receptor. O intervalo de tempo entre os detectores de referência e os receptores permite a trilateração, fornecendo as coordenadas do receptor. No entanto, o primeiro sistema muPS teve que ser cabeado, o que não é muito prático para quem está em movimento. Agora, a equipe desenvolveu um sistema sem fio.
Os detectores de referência e o receptor foram todos conectados a um relógio de quartzo de precisão sincronizado. Um dos detectores de referência foi colocado no sexto andar de um prédio enquanto uma pessoa carregando o receptor se movimentava no porão. O novo sistema é chamado de sistema muométrico de navegação sem fio (em inglês: Muometric Wireless Navigation System ou MuWNS).
Ainda não está tão preciso. As coordenadas do receptor não foram rastreadas em tempo real; a equipe fez medições e as usou para reconstruir a rota que a pessoa fez pelos corredores do porão. Eles conseguiram fazer isso com uma precisão razoável, mas poderia ser melhor, diz Tanaki.
“A precisão atual do MuWNS está entre 2 metros e 25 metros (6,5 e 82 pés), com um alcance de até 100 metros, dependendo da profundidade e velocidade da pessoa que caminha. Isso é tão bom quanto, se não melhor do que, o posicionamento de ponto único acima do solo em áreas urbanas feito pelo GPS”, explica ele.
“Mas ainda está longe de ser um nível prático. As pessoas precisam de precisão de 1 metro, e a chave para isso é a sincronização de tempo.”
Em outras palavras, ele precisa de relógios melhores, como os relógios atômicos em escala de chip que medem o tempo pelas transições regulares de spin dos átomos de césio que mudam de estado de energia.
Atualmente, esses relógios são muito caros e podem não permanecer assim. Enquanto isso, a equipe espera trabalhar para reduzir o tamanho do restante do equipamento para algo que caiba na mão.
“Com esses novos resultados”, eles escrevem em seu artigo, “está claro que, com melhorias adicionais, o MuWNS pode ser adaptado para melhorar a navegação, o posicionamento e outras aplicações práticas subaquáticas e subterrâneas de robôs móveis autônomos”.
A pesquisa foi publicada na iScience
