Non si può negare che il GPS e le applicazioni di mappatura sui nostri telefoni cellulari hanno colpito drammaticamente la società, compresi i militari. Tuttavia, anche il loro utilizzo ha limiti di portata e capacità. Ora la scienza sta andando ben oltre per raggiungere luoghi remoti dove il GPS non ha portata. Alla fine di settembre, l'Office of Naval Research (ONR) Global ha selezionato e cofinanziato con l'US Army Development Command la proposta vincitrice della sua seconda Global-X Challenge annuale, che richiedeva progetti internazionali per affrontare le lacune di capacità alle alte latitudini (Polar Regioni).

Il progetto vincitore è un team composto da ricercatori provenienti da Giappone, Regno Unito, Stati Uniti e Finlandia, guidato dal Dr. Chris Steer di Geoptic Infrastructure Investigations Limited (U.K.), e cercherà di mostrare in nove mesi un proof of concept di un sistema di navigazione alternativo nell'Artico utilizzando muoni con una precisione pari a quella del GPS. Utilizzeranno una sorgente naturale di radiazione chiamata muoni di raggi cosmici come alternativa ai segnali GPS derivati ​​dal satellite. L'aspetto unico di questo lavoro è che queste particelle subatomiche attraversano rocce, edifici e terra, aree in cui non è possibile ricevere comunicazioni GPS.

Il direttore scientifico principale dell'ONR Global per questo progetto, il dottor Charles Eddy, ha dichiarato:"La capacità di navigare nelle regioni polari sarà di crescente importanza nei prossimi decenni poiché il cambiamento climatico sta aprendo le vie navigabili artiche ad attività commerciali e militari. Questo progetto , che utilizza particelle cosmiche relativistiche che incidono continuamente sull'intera superficie terrestre, offre un approccio innovativo alla sfida della navigazione ad alte latitudini con poco o nessun servizio GPS."

Sulla stessa linea, il Dr. Steer ha commentato:"Come l'ecolocalizzazione, la differenza di tempo tra i 'ping' - i segnali di un muone che attraversa nei nostri rivelatori - può consentire all'utente di misurare la distanza da un rivelatore all'altro con più rivelatori che consentono la posizione mediante triangolazione. La tecnica è già stata testata in laboratorio in precedenza, dove è stato dimostrato con successo il processo di conversione dei tempi di attraversamento delle particelle per dedurre la posizione di un rivelatore."

Sfide, opportunità e applicabilità futura

Dopo aver inizialmente testato il sistema in un grande serbatoio a immersione in acqua nel Regno Unito, il progetto si sposterà in Finlandia per dispiegarsi in un lago artico coperto da un metro di ghiaccio. A queste alte latitudini, le misurazioni GPS convenzionali sono problematiche a causa dei loro vincoli orbitali.

Dal punto di vista scientifico, una sfida significativa è lo sviluppo di una serie di sensori strettamente specificati come un insieme altamente sincronizzato di orologi distribuiti (fino a oltre 10 miliardesimi di secondo), al fine di ridurre al minimo l'incertezza della posizione dedotta e la loro integrazione con i rivelatori di muoni. Per rendere le cose ancora più difficili, ha affermato Steer, "dobbiamo anche implementare il nostro sistema in condizioni meteorologiche artiche (tipicamente -20 gradi Celsius), in un ambiente isolato e parzialmente sott'acqua. L'ambiente freddo ha implicazioni su molti aspetti del progetto da personale per garantire che l'elettronica sia robusta al freddo."

Le opportunità scientifiche abbondano e si estendono ben oltre l'ambiente sottomarino, poiché operare in ambienti privi di GPS è un problema così comune. "Il mare è ampiamente trasparente ai muoni di raggi cosmici, quindi prevediamo che ci saranno una serie di opportunità scientifiche di navigazione sottomarina. Allo stesso modo, poiché i muoni di raggi cosmici sono altamente penetranti e in grado di passare attraverso molte decine o centinaia di metri di roccia, è è possibile vedere che questa tecnologia ha anche forti opportunità nei tunnel e in altri ambienti sotterranei", ha continuato Steer.

Il futuro è estremamente luminoso per questa linea di ricerca, dato che la ricerca della posizione è fondamentale in molte aree della scienza, dell'ingegneria e dell'industria. Sebbene in genere sia un aspetto molto positivo, "l'ampia applicabilità può anche essere un problema di distrazione, poiché spesso è necessaria un'applicazione di messa a fuoco per fare progressi", ha affermato Steer. "Di conseguenza, la fase successiva dopo questo progetto sarebbe comprendere le esigenze di posizionamento degli utenti finali, selezionare la soluzione migliore con il nostro sistema di misurazione del posizionamento e far maturare la tecnologia per le loro esigenze."

L'ambito potenziale è ampio e la tecnologia del progetto è trasformativa per il posizionamento all'interno di tunnel e su terra o sott'acqua ad alte latitudini.

Informazioni su Global-X

Lo scopo della Global-X Challenge è scoprire, interrompere e infine fornire un catalizzatore attraverso la ricerca di base e applicata per lo sviluppo successivo e la fornitura di capacità rivoluzionarie alla Marina e al Corpo dei Marines degli Stati Uniti, al mercato commerciale e al pubblico.

ONR Global sponsorizza gli sforzi scientifici al di fuori degli Stati Uniti, collaborando con scienziati e partner in tutto il mondo per scoprire e far progredire le capacità navali.