O GPS é uma poderosa tecnologia de navegação, mas não funciona tão bem no interior de edifícios, no subsolo ou debaixo de água. Agora, engenheiros japoneses desenvolveram e testaram uma tecnologia alternativa que utiliza raios cósmicos para localizar movimentos por baixo de um edifício com uma precisão de alguns metros.
MuWNS: Um dia já não usaremos o GPS para navegar
O GPS utiliza uma rede com dezenas de satélites em órbitas precisas à volta da Terra, e os recetores em dispositivos como os telemóveis estão constantemente à escuta dos sinais destes satélites. Os equipamentos podem calcular a distância a que se encontram de qualquer satélite GPS detetado e, quando captam sinais de pelo menos quatro deles, o aparelho pode determinar a sua posição relativa no solo com uma precisão de poucos metros.
Embora seja bastante preciso para o uso quotidiano, os sinais de GPS fazem ricochete nas rochas, na água e em superfícies como paredes, o que significa que o sistema perde precisão no subsolo, debaixo de água, no interior de edifícios ou mesmo apenas em áreas densamente construídas.
Como tal, os investigadores da Universidade de Tóquio desenvolveram uma nova tecnologia a que chamam sistema de navegação sem fios muométrico (em inglês muometric wireless navigation system ou MuWNS), que foi concebido para ser mais preciso nessas situações.
A chave do MuWNS é o facto de os “sinais” que está a seguir poderem atravessar materiais sólidos. Estes sinais são partículas conhecidas como muões, que são produzidas quando os raios cósmicos entram na atmosfera da Terra e interagem com partículas já presentes, criando uma cascata de partículas secundárias. E esta chuva é constante – estima-se que cada metro quadrado da superfície terrestre seja bombardeado com cerca de 10.000 muões por minuto.
O muão é uma partícula elementar semelhante ao eletrão, com carga elétrica -1 e um spin de 1⁄2, mas com uma massa muito maior (105,7 MeV/c2). É classificado como um leptão, assim como o eletrão (massa de 0,511 MeV/c2), o tau (massa de 1777,8 MeV/c2), e os três neutrinos. Como é o caso com outros leptões, não se acredita que o muão tenha qualquer sub-estrutura; ou seja, não apresenta quaisquer partículas mais simples.
Sinal cósmico que atravessa superfícies sólidas até 100 metros
A equipa testou o MuWNS nas profundezas de um edifício de vários andares, onde o GPS normal teria dificuldade em manter a sua precisão. Um cientista com um detetor de muões portátil foi enviado para a cave de um edifício e a posição desse detetor foi seguida através de quatro estações de referência no sexto andar do edifício.
Uma equipa do MIT projetou o CosmicWatch, um detetor de muões acessível e de bolso
Estas estações de referência funcionavam como satélites GPS – ao seguir os caminhos dos muões captados por cada estação e pelo detetor, a posição do cientista podia ser traçada com um elevado grau de precisão. Segundo a equipa, ainda há muito espaço para melhorias.
A precisão atual do MuWNS situa-se entre 2 m e 25 m, com um alcance de até 100 m, dependendo da profundidade e da velocidade da pessoa que caminha. Isto é tão bom, se não melhor, do que o posicionamento GPS de ponto único acima do solo em áreas urbanas. Mas ainda está longe de ser um nível prático. As pessoas precisam de uma precisão de um metro, e a chave para isso é a sincronização do tempo.
Explicou o Professor Hiroyuki Tanaka, autor principal do estudo.
Os investigadores afirmam que este problema pode ser corrigido com relógios atómicos que se encaixam em dispositivos portáteis, que estão em desenvolvimento, mas que são atualmente demasiado caros para uma utilização generalizada.
Os outros componentes utilizados já podem ser miniaturizados. A experiência também só seguiu o percurso do investigador após o facto, mas trabalhos futuros investigarão a possibilidade de o fazer em tempo real.
Nos últimos anos, os detetores de muões também ajudaram os cientistas a penetrar no interior de estruturas sólidas, como a Grande Pirâmide de Gizé, e a testar um sistema preciso de sincronização de relógios que funciona no subsolo e debaixo de água.
Esta última experiência mostra que, um dia, esta tecnologia poderá ajudar a aumentar o GPS em áreas onde atualmente não funciona bem.