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Sensor breakthrough paves way to mapping the world under the Earth’s surface

01/03/22-FR Bas de page

Sensordoorbraak maakt de weg vrij om de wereld onder het aardoppervlak in kaart te brengen

Carte monde manarola original mapMet behulp van kwantumtechnologie is een onder de grond verborgen object gelokaliseerd - een langverwachte mijlpaal met ingrijpende gevolgen voor de industrie, de menselijke kennis en de nationale veiligheid.

Onderzoekers van de University of Birmingham van de Britse National Quantum Technology Hub in Sensors and Timing hebben hun prestatie gerapporteerd in Nature. Het is de eerste ter wereld voor een kwantumzwaartekrachtgradiëntmeter buiten laboratoriumomstandigheden.

De kwantumzwaartekrachtgradiëntmeter, die werd ontwikkeld in opdracht van het Ministerie van Defensie en in het door de UKRI gefinancierde Gravity Pioneer-project, werd gebruikt om een ​​tunnel te vinden die buiten in reële omstandigheden werd begraven, één meter onder het grondoppervlak. Het wint een internationale race om de technologie naar buiten te brengen.

De sensor detecteert variaties in microzwaartekracht met behulp van de principes van de kwantumfysica, die gebaseerd is op het manipuleren van de natuur op submoleculair niveau.

Het succes opent een commerciële weg naar een aanzienlijk verbeterde mapping van wat zich onder het maaiveld bevindt.

Dit zal betekenen:

Lagere kosten en vertragingen bij bouw-, spoor- en wegenbouwprojecten.
Verbeterde voorspelling van natuurlijke fenomenen zoals vulkaanuitbarstingen.
Ontdekking van verborgen natuurlijke hulpbronnen en gebouwde structuren.
Archeologische mysteries begrijpen zonder opgravingen te beschadigen.

Professor Kai Bongs, hoofd van Cold Atom Physics aan de Universiteit van Birmingham en hoofdonderzoeker van de Britse Quantum Technology Hub Sensors and Timing, zei: "Dit is een 'Edison-moment' in detectie dat de samenleving, het menselijk begrip en de economieën zal transformeren.

“Met deze doorbraak hebben we het potentieel om een ​​einde te maken aan de afhankelijkheid van slechte records en geluk bij het onderzoeken, bouwen en repareren. Bovendien is een ondergrondse kaart van wat momenteel onzichtbaar is nu een belangrijke stap dichterbij, waarmee een einde komt aan een situatie waarin we meer weten over Antarctica dan wat zich een paar meter onder onze straten bevindt.”

Huidige zwaartekrachtsensoren worden beperkt door een reeks omgevingsfactoren. Een bijzondere uitdaging is trillingen, die de meettijd van alle zwaartekrachtsensoren voor landmeetkundige toepassingen beperken. Als deze beperkingen kunnen worden aangepakt, kunnen enquêtes sneller, uitgebreider en goedkoper worden.

De sensor die is ontwikkeld door Dr. Michael Holynski, hoofd van Atom Interferometry in Birmingham en hoofdauteur van de studie, en zijn team in Birmingham is een zwaartekrachtgradiëntmeter. Hun systeem overwint trillingen en een verscheidenheid aan andere milieu-uitdagingen om kwantumtechnologie met succes in het veld toe te passen.

De succesvolle detectie, gerealiseerd in samenwerking met civiel ingenieurs onder leiding van professor Nicole Metje van de School of Engineering, is het resultaat van een langetermijnontwikkelingsprogramma dat vanaf het begin nauw verbonden is met eindgebruikers.

Door deze doorbraak zullen toekomstige zwaartekrachtonderzoeken goedkoper, betrouwbaarder en 10 keer sneller worden geleverd, waardoor de tijd die nodig is voor onderzoeken wordt teruggebracht van een maand tot een paar dagen. Het heeft het potentieel om een ​​reeks nieuwe toepassingen voor zwaartekrachtonderzoek te openen, wat een nieuwe lens in de ondergrond oplevert.

Professor George Tuckwell, directeur Geowetenschappen en Engineering bij RSK, zei: "Detectie van bodemomstandigheden zoals mijnbouw, tunnels en onstabiele grond is van fundamenteel belang voor ons vermogen om woningen, industrie en infrastructuur te ontwerpen, bouwen en onderhouden. De verbeterde capaciteit die deze nieuwe technologie vertegenwoordigt, kan de manier waarop we de grond in kaart brengen en deze projecten opleveren, veranderen”

Dr. Gareth Brown, gezamenlijke project technische autoriteit voor kwantumdetectie en senior hoofdwetenschapper bij Dstl, zei: "Voor nationale defensie en veiligheid bieden nauwkeurige en snelle metingen van variaties in microzwaartekracht nieuwe mogelijkheden om het anders ondetecteerbare te detecteren en veiliger te navigeren in uitdagende omgevingen. Naarmate de zwaartekrachtsensortechnologie volwassen wordt, zullen toepassingen voor onderwaternavigatie en het onthullen van de ondergrond mogelijk worden.”

De doorbraak is een samenwerking tussen de Universiteit van Birmingham, leverancier van milieu-, engineering- en duurzaamheidsoplossingen RSK, Dstl (het Defense Science and Technology Laboratory, onderdeel van het Britse Ministerie van Defensie) en technologiebedrijf Teledyne e2v. Het project wordt gefinancierd door UK Research and Innovation (UKRI) als onderdeel van het Britse National Quantum Technologies Programme, en onder contract van het Ministerie van Defensie.
NJC.© Info University of Birmingham

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01/03/22

La percée des capteurs ouvre la voie à la cartographie du monde sous la surface de la Terre

Carte monde manarola original mapUn objet caché sous terre a été localisé à l'aide de la technologie quantique - une étape attendue depuis longtemps avec de profondes implications pour l'industrie, les connaissances humaines et la sécurité nationale.

Des chercheurs de l'Université de Birmingham du National Quantum Technology Hub in Sensors and Timing du Royaume-Uni ont rendu compte de leurs réalisations dans Nature. C'est le premier au monde pour un gradiomètre de gravité quantique en dehors des conditions de laboratoire.

Le gradiomètre à gravité quantique, qui a été développé dans le cadre d'un contrat pour le ministère de la Défense et dans le cadre du projet Gravity Pioneer financé par l'UKRI, a été utilisé pour trouver un tunnel enterré à l'extérieur dans des conditions réelles à un mètre sous la surface du sol. Il remporte une course internationale pour amener la technologie à l'extérieur.

Le capteur fonctionne en détectant les variations de microgravité en utilisant les principes de la physique quantique, qui est basée sur la manipulation de la nature au niveau sous-moléculaire.

Le succès ouvre une voie commerciale vers une cartographie considérablement améliorée de ce qui existe sous le niveau du sol.

Cela signifiera :

Réduction des coûts et des retards dans les projets de construction, ferroviaires et routiers.
Amélioration de la prédiction des phénomènes naturels tels que les éruptions volcaniques.
Découverte des ressources naturelles cachées et des structures bâties.
Comprendre les mystères archéologiques sans endommager les fouilles.

Le professeur Kai Bongs, responsable de la physique des atomes froids à l'Université de Birmingham et chercheur principal du UK Quantum Technology Hub Sensors and Timing, a déclaré : « Il s'agit d'un « moment Edison » dans la détection qui transformera la société, la compréhension humaine et les économies.

"Grâce à cette percée, nous avons le potentiel de mettre fin à la dépendance aux mauvais dossiers et à la chance lorsque nous explorons, construisons et réparons. De plus, une carte souterraine de ce qui est actuellement invisible est maintenant un pas de plus significatif, mettant fin à une situation où nous en savons plus sur l'Antarctique que ce qui se trouve à quelques mètres sous nos rues.

Les capteurs de gravité actuels sont limités par une série de facteurs environnementaux. Un défi particulier est la vibration, qui limite le temps de mesure de tous les capteurs de gravité pour les applications topographiques. Si ces limites peuvent être résolues, les enquêtes peuvent devenir plus rapides, plus complètes et moins coûteuses.

Le capteur développé par le Dr Michael Holynski, responsable de l'interférométrie atomique à Birmingham et auteur principal de l'étude, et son équipe à Birmingham est un gradiomètre de gravité. Leur système surmonte les vibrations et une variété d'autres défis environnementaux afin d'appliquer avec succès la technologie quantique sur le terrain.

La détection réussie, réalisée en collaboration avec des ingénieurs civils dirigés par le professeur Nicole Metje de l'École d'ingénierie, est l'aboutissement d'un programme de développement à long terme étroitement lié aux utilisateurs finaux depuis le début.

Cette percée permettra aux futurs levés gravimétriques d'être moins chers, plus fiables et livrés 10 fois plus rapidement, réduisant ainsi le temps nécessaire aux levés d'un mois à quelques jours. Il a le potentiel d'ouvrir une gamme de nouvelles applications pour les levés gravimétriques, offrant une nouvelle lentille dans le sous-sol.

Le professeur George Tuckwell, directeur des géosciences et de l'ingénierie chez RSK, a déclaré : « La détection des conditions du sol telles que les chantiers miniers, les tunnels et les sols instables est fondamentale pour notre capacité à concevoir, construire et entretenir des logements, des industries et des infrastructures. La capacité améliorée que représente cette nouvelle technologie pourrait transformer la façon dont nous cartographions le terrain et réalisons ces projets »

Le Dr Gareth Brown, autorité technique conjointe du projet pour la détection quantique et scientifique principal principal chez Dstl, a déclaré: «Pour la défense et la sécurité nationales, des mesures précises et rapides des variations de microgravité ouvrent de nouvelles opportunités pour détecter l'indétectable autrement et naviguer de manière plus sûre dans des environnements difficiles. environnements. Au fur et à mesure que la technologie de détection de la gravité mûrit, les applications pour la navigation sous-marine et la révélation du sous-sol deviendront possibles.

La percée est une collaboration entre l'Université de Birmingham, le fournisseur de solutions environnementales, d'ingénierie et de durabilité RSK, Dstl (le Laboratoire des sciences et technologies de la défense, qui fait partie du ministère britannique de la Défense) et la société technologique Teledyne e2v. Le projet est financé par UK Research and Innovation (UKRI) dans le cadre du UK National Quantum Technologies Programme et sous contrat avec le ministère de la Défense.
NJC.© Info University of Birmingham

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