東大ら、ミュー粒子で地下でも使えるGPS的技術 36
ストーリー by nagazou
ピラミッドパワー 部門より
ピラミッドパワー 部門より
東京大学国際ミュオグラフィ連携研究機構など7つの団体は、「ミュー粒子」を使用した新しい地下ナビゲーション技術「muPS」の開発に成功したと発表した。ミュー粒子は、透過性が高く、人工物構造物の中をほぼ真空中の光速で通過できる素粒子。muPSでは、地下空間では電波が届かず利用できないGPSの代わりにユーザーの正確な位置を特定することができるという（東京大学生産技術研究所、リセマム、ASCII.jp）。
今回の実験では、受信デバイスのクロック精度を向上させることで地上局との時刻同期を無線で実現する無線muPS技術（MuWNS: muometric wireless navigation system）を開発。以前からの課題だった地上局と受信デバイスの時刻同期をワイヤレスでできなかった問題に対処した。目標としていた誤差1メートル以内という精度には達しなかったものの、都市部独でのGPS測位に比べて高い精度を実現することができたとしている。この技術は地下空間だけでなく、屋内や海中での位置特定にも応用でき、将来的には自律移動ロボットにも搭載できる可能性があるとしている。
今回の実験では、受信デバイスのクロック精度を向上させることで地上局との時刻同期を無線で実現する無線muPS技術（MuWNS: muometric wireless navigation system）を開発。以前からの課題だった地上局と受信デバイスの時刻同期をワイヤレスでできなかった問題に対処した。目標としていた誤差1メートル以内という精度には達しなかったものの、都市部独でのGPS測位に比べて高い精度を実現することができたとしている。この技術は地下空間だけでなく、屋内や海中での位置特定にも応用でき、将来的には自律移動ロボットにも搭載できる可能性があるとしている。
建物透過するなら基地局は地上で良いってことか (スコア:1)
この技術、基地局は地上に建設できるのが大きいんじゃないか。
基地局側が三次元的な配置になっていれば、深度情報とかも割り出しやすいだろうし、センサ側が指向性持ってたりするとジャイロセンサーと組み合わせて判断材料として使えるみたいな話も出てくるかも。
しもべは投稿を求める →スッポン放送局がくいつく →バンブラの新作が発売される
すごく単純な原理 (スコア:1)
重要な点：この技術は，無通信でリアルタイムに位置が決定できるものではありません．
この技術で用いられているのは，「（ランダムに飛来する）ミューオンが基準局と測定者の双方を通過する時刻の違い」から「基準局と測定者との距離が決められる」という事実です．したがって，距離を決定するためには同一のミューオンのフラックスが「いつ自分のところを通過したか」という時刻と，「いつ基準局を通過したか」という時刻の両方が必要になります．
ですので，位置を決めるためには基準局との通信が必要になります．この通信がリアルタイムにできるのであればリアルタイムに位置が決定できますし，後からまとめて情報を比較するのであれに「こういうルート通ってたんだな」ということが事後に決定できます．
つまり，地下の通信が全くできない状況でいきなり位置が特定できるものではありません．
Re:すごく単純な原理 (スコア:2)
加えて、受信機が（当然のことながら）個人の携帯機器に内蔵できるサイズではないので、「スマホに入れれば地下でも測位できる！」類の技術でもなさそうですね。
これくらいのサイズ [els-cdn.com]
都市部の地下空間では他の測位技術があるので、深海で活動するROVとかで有望そう。
Re:すごく単純な原理 (スコア:2)
いや、よく考えたら深海といっても深さに限度があるな…。基準点と測位点の距離が離れると、レシーバーの面積をかなり大きくしないと測位に使えるミューオンイベント拾えないですね。
基準となる検出器を海面に展開するとなると、深海の測位では数千メートル離れてしまう。ROVをあまり巨大にするわけにもいかないでしょうし。
Re: (スコア:0)
まぁそこは検出数稼ぐためにデカくしてるわけだから検出数を落とせば小さくはできる。
宇宙線を測定しよう――100ドルで自作できる小型ミューオンカウンター
https://engineer.fabcross.jp/archeive/171204_cosmicwatch.html [fabcross.jp]
このサイズだと2秒に1個らしい。そのサイズならたぶん毎秒100個ぐらいはいけてる。
時刻同期以外の観測局の情報が必要みたいなので (スコア:1)
リアルタイムに位置を知るなら、観測局との通信が必要。
できない場合でも、あとから観測記録を照らし合わせて場所を確認できる
大きさ (スコア:0)
センチメートル測位のようにスマホに載らないかもしれないけど、それはさておき、凄いよね。
潜水艦が自分の正確な位置を測位できそう。
Re: (スコア:0)
地上局との通信が必要だからどうだろ。
Re: (スコア:0)
地上局から潜水艦への単方向通信でよければ極超長波が使える。
水深120メートルぐらいまでなら受信できるらしい。
測位に必要な情報は基地局から一方通行で大丈夫そう。
Re: (スコア:0)
通信速度は？
この技術 (スコア:0)
普通の通信に使えないのかなあ?
GPSと同じで発信側を持ち歩くのは非現実的??
Re:この技術 (スコア:1)
飛び交っているミュー粒子の中から同一のものを検出してその時間にどれくらいの差異があるかで位置情報を特定しているらしい
どうやって同一のものを検出できるのかわかりませんが、ミュー粒子がどんな環境でも速度が一定って性質を利用してる
なので任意の情報を追加することができないので一般通信には使えない
Re: (スコア:0)
発表資料では建物の6Fに検出器を設置した地上局を4ヵ所用意して地下で測位してるな。
頭上に局がないとダメっぽいので、あまり実用性はないような。
GPSのようにミュー粒子を検出する衛星を何個か打ち上げるのはどうだろう。
あー。ミュー粒子は大気との衝突でできるものだから衛星じゃダメか。
Re: (スコア:0)
なんか画期的な発明なのかと思ったら、結構使えそうな用途は限定的なのね。難しい。
これでは今ニュースで話題の潜水艇に搭載して位置情報を測位…みたいなのには使えないか。
Re: (スコア:0)
海中でも使えると思いますが，海上に船を数隻配置する必要がありますね。
>どうやって同一のものを検出できるのかわかりません
ランダムな信号しかし，同一の信号が来ると考えてください。
相関をとれば同一のものと分かり，時間差も分かりますが，
それだと地上局と地下で通信が要ると思うけど，どうやっているのだろう。
記録しといてオフラインで演算なのかな。
これって，地上と地下で通信できない条件だと，リアルタイムじゃ位置分からなくて，
地下のマッピングにしか使えないんじゃないかなぁ。
Re: (スコア:0)
測位衛星は高度2万kmだが、大気圏は高度500kmまであるので数百kmの低軌道に飛ばしておけば、検出できていけるかもよ。
Re: (スコア:0)
どうして、ミュー粒子がどんな環境でも速度が一定なの？
Re:この技術 (スコア:1)
「運動エネルギーが大きいとだいたい光速にちかづいちゃうんだよ」というざっくりした話のようですなあ
Re: (スコア:0)
相互作用が少いというのがキモでしょ。
Re: (スコア:0)
その運動エネルギーが自身の質量エネルギーを超えていれば、速度はほぼ真空中の光速となるわけです
Re: (スコア:0)
本文に書いてないけどこのミューオンは宇宙線由来の超高エネルギー粒子ですよ。ってかそこを省略しちゃダメでしょ。ミューオン自体はパイオンを介せばいくらでも発生できるけどエネルギーは軽くGeVをはるかに超えてるはず
Re: (スコア:0)
今スーパーカミオカンデ作ってるやん？
実はあれニュートリノ通信の受信機なんだ。
Re:この技術 (スコア:2)
Re: (スコア:0)
ミューオンを人工的に作るには、現在の技術では粒子加速器を使い、膨大なエネルギーを投入して
それでほんのわずかの量しか作れないというものなので、通信に使うなんて現状ではとてもとても。
これも自然に降り注ぐ天然ミューオンを利用し、地上と地下とで観測して、その時間差で位置を特定するという方法で、
人工的にミューオンを作っているわけではない。
Re: (スコア:0)
電波を使った通信って意味じゃないと思うよ
Re: (スコア:0)
この技術も、即時測位やろうと思ったら電波（か何か）飛ばす必要ありますよ。
トンネル工事に便利そうかな？ (スコア:0)
既に自律航法でかなりの精度だけど、海底トンネルにも使えたら良いよね。
都市部独でのGPS測位 (スコア:0)
ドイツでテストしたの？
海中での位置特定にも応用可能 (スコア:0)
読み始めてまず思った水中利用が可能なのね。
河川とか流れがキツイ海域に設置した高価な計測器の流出なんかで凄く助かる。
ROVに応用すれば特定座標の水中構造物まで自動で移動するとか精度高く出来そうだし（移動距離で相対的に位置を表示するやつあるけど潮流とかであまり当てにならない）
これは夢が広がる。
どういうこと？ (スコア:0)
ミューやニュートリノは透過性が高いから捉えることできないんでは？
そもそも、ミューやニュートリノも電波？も同じ素粒子だよね？
何が違うの？
Re: (スコア:0)
透過性が高い⇒地中でも到達できる
透過性が高い（でも完全に透過するわけではない）⇒工夫すれば捉えることができる
この二つをいいとこどりしたのがストーリーの技術かな
＃でもいいとこどりができる範囲が狭いから、適応範囲も狭い
＞そもそも、ミューやニュートリノも電波？も同じ素粒子だよね？何が違うの？
素粒子の種類が違う。電磁波は光子。
Re: (スコア:0)
ミュー粒子：電荷がある（電子の仲間だけど、質量は約200倍）
ニュートリノ：電荷がない
電荷があるということは同じ様に電荷をもつ陽子や電子（物質を構成する原子の材料）と力を及ぼし合うということ。
だからミュー粒子が物質を通過すればミュー粒子からエネルギーをもらうのでそれを測定出来る量（例えば光り）に変換することで容易に測定が可能。
電子よりも透過性が高いのは約200倍重いのが理由。
ニュートリノは電荷をもたないので誰とも力を及ぼし合わないので誰も気づけない。
（非常にごく稀に電子や陽子、中性子と反応）
潜水艦 (スコア:0)
潜水艦はGPS電波が届かない深度で行動してるが、これがあれば潜水艦も高精度に位置を決定できるな
自立航行式の長距離魚雷とかも可能になるかも
Re: (スコア:0)
>これがあれば潜水艦も高精度に位置を決定できるな
基本無理。
この方式は、外部の基地局的なものと通信しないと位置を決められない。
なので、通信が届かないところでは使えない。
Re: (スコア:0)
他コメにもある通り、リアルタイムで別途通信ができないとリアルタイムな位置決めはできませんよ。
いわばこんな感じ
基準局A「今、ミューオンAが通過」
潜水艦「ミューオンAを確認。時差○秒だから××km」
基準局B「今、ミューオンBが通過」
潜水艦「ミューオンBを確認。時差▲秒だから××km」
基準局C「今、ミューオンCが通過」
潜水艦「ミューオンCを確認。時差◇秒だから××km」
潜水艦「三つの基準局の座標とそこからの距離から現在位置を計算！」