GPS替代方案利用宇宙射線進行地下或水下導航
GPS是一種強大的導航技術，但它在建築物內部、地下或水下的效果並不理想。現在，日本的工程師們已經開發並測試了一種替代技術，該技術利用宇宙射線來追踪建築物下面的運動，其精確度為幾米。
GPS使用一個由幾十顆衛星組成的網絡，在地球周圍的精確軌道上運行，手機等設備的接收器不斷監聽這些衛星的信號。這些設備可以計算出它們離任何探測到的GPS衛星有多遠，當它們接收到至少四顆衛星的信號時，設備可以確定其在地面上的相對位置，誤差在幾米之內。
雖然這在日常使用中相當準確，但GPS信號會被岩石、水和牆壁等表面反彈，這意味著該系統在地下、水下、建築物內甚至在密集的建築區都會失去精確度。因此，東京大學的研究人員開發了一種新的技術，他們稱之為μometric無線導航系統（MuWNS），其目的是在這些情況下更加精確。
MuWNS的關鍵是，它所追踪的”信號”可以直接穿過固體材料。這些信號是被稱為μ介子的粒子，當宇宙射線進入地球大氣層並與已經存在的粒子相互作用時產生，形成一連串的次級粒子。而且這種雨是持續不斷的–據估計，地球表面的每一平方米每分鐘都有大約10,000個μ介子被擊中。
研究小組在一棟多層建築深處測試了MuWNS，在那里普通的GPS將難以保持其精度。一名攜帶手持式μ介子探測器的科學家被送入一棟大樓的地下室，並通過大樓六樓的四個參考站對該探測器的位置進行跟踪。
這些參考站的功能就像GPS衛星一樣–通過跟踪每個站和探測器拾取的μ子的路徑，科學家的位置可以被高度準確地追踪到。該團隊說，儘管如此，仍有很多改進的餘地。
一張圖說明了μometric無線導航系統（MuWNS）是如何工作的。綠色的點代表一棟大樓6樓的參考站，而白色的條紋表示μ介子。地下室中的紅色箭頭代表研究人員使用μ介子探測器的路徑，而白色虛線表示MuWNS能夠推斷出的路徑。
圖中說明了繆斯無線導航系統（MuWNS）的工作方式。綠色的點代表一棟大樓6樓的參考站，而白色的條紋表示μ介子。地下室中的紅色箭頭代表研究人員用μ介子探測器走過的路徑，而白色虛線表示MuWNS能夠推斷出的路徑
“目前MuWNS的精確度在2米至25米（6.6至82英尺）之間，範圍可達100米（328英尺），這取決於步行者的深度和速度，”該研究的主要作者Hiroyuki Tanaka教授說。”這與城市地區地上的單點GPS定位一樣好，甚至更好。但它仍然遠遠沒有達到實用水平。人們需要一米的精度，而這的關鍵是時間同步”。
研究人員說，這一點最終可以用適合便攜式設備的原子鐘來糾正，這種原子鍾正在開發中，但目前價格太高，無法廣泛使用。所用的其他部件已經能夠被小型化。該實驗也只是在事後跟踪研究人員的路徑，但未來的工作將研究如何實時進行跟踪。
近年來，μ介子探測器還幫助科學家們窺視像吉薩大金字塔這樣的固體結構內部，並測試一個在地下和水下工作的精確時鐘同步系統。這項最新的實驗表明，有一天這項技術可以幫助增強GPS在目前不能很好工作的地區的功能。
該研究發表在《iScience》雜誌上（PDF）：