Telefonların Pusulası GPS'siz Konum Bulmaya Hazır: Manyetik Navigasyon

GPS sinyalleri, büyük binaların derinliklerinde doğru konum belirlemek için çok zayıftır. Ukrayna ve Hürmüz Boğazı gibi çatışma bölgelerinde ise düşmanlar sinyalleri karıştırır ve taklit eder. Bu nedenle, on yıllardır hem iç mekânlarda hem de dışarıda, hatta su altı gibi alışılmadık yerlerde çalışabilecek GPS alternatiflerinin arayışı sürüyor.

En cazip seçeneklerden biri, Dünya'nın manyetik alanını kullanmayı içeriyor. Manyetik alan her zaman mevcuttur, ancak zayıf olabilir ve yakındaki yerel manyetik alanlardan kaynaklanan gürültüye maruz kalabilir. On yılı aşkın süredir bazı şirketler, daha önce oluşturdukları yerel manyetik alan haritalarını Bluetooth veya RFID gibi diğer teknolojilerle birleştirerek iç mekân haritalama hizmetleri sunuyor.

Şimdi AstraNav, Oriient ve SysNav gibi şirketler, diğer teknolojilerden bağımsız olarak her modern mobil cihazda bulunan manyetometreleri manyetik harita verileriyle birlikte kullanmaya hazır olduklarını söylüyor. Aynı teknoloji dış mekânlarda da kullanılmaya başlanıyor. AstraNav'in kurucu ortağı ve CEO'su Anton Toutov, "Manyetik bir haritamız varsa, havada, su altında veya yer altında ilk sabit mutlak konumlamayı sağlayabiliriz," diyor.

Akıllı telefonlardaki manyetometreler, Dünya'nın manyetik alanını kullanarak GPS'siz konum belirlemeye olanak tanıyor. — Randi Klett; Kaynak: iStock

AstraNav'in Manyetometre Navigasyonu

AstraNav, önümüzdeki aylarda ABD Hava Kuvvetleri'ne, 1,8 milyon dolarlık bir SBIR hibesi kapsamında insansız hava araçlarının yazılımlarını nasıl kullanabileceğini gösterecek. Mart ayında şirket, sağlık hizmetleri gerçek zamanlı konum hizmetleri şirketi Sonitor ile çalışanlar ve tıbbi cihazlar için manyetometre tabanlı bir takip sistemi sağlamak üzere ayrı bir anlaşma duyurdu. Sonitor ve sağlık hizmeti müşterileri, personel veya donanımı bulmak için tesislerine artık ultrason, Bluetooth veya diğer işaretçileri kurmak zorunda kalmayacak.

Stockholm'deki KTH Kraliyet Teknoloji Enstitüsü'nde iletişim sistemleri ve otomatik kontrol profesörü Isaac Skog'a göre, sinyal işlemedeki gelişmeler sayesinde manyetometriye dayalı navigasyon yardımcıları için zaman olgunlaştı. "Başlangıçta insanlar akıllı telefondaki manyetometreleri sadece pusula olarak kullanmaya çalıştı, ancak akıllı telefonda başka malzemeler de olduğu için bu malzemeyi telafi etmek için çok fazla işlem yapmak gerekiyordu," diyor. "Sonra insanlar 'Manyetik alandaki varyasyonları sadece kuzeyi bulmak için değil, aynı zamanda bir harita oluşturmak ve nerede olduğumuzu belirlemek için nasıl kullanabiliriz?' dedi."

1990'lardan bu yana ABD Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA), kentsel ve iç mekân ortamları için GPS alternatiflerine fon sağlıyor. Şirketler Wi-Fi, RFID işaretçileri, atalet sistemleri ve daha yakın zamanda makine görüşü ve telefon kameralarını yeniden kullanmayı araştırdı. Ancak acil durum veya savaş ortamlarında kullanıcılar herhangi bir dış altyapıya güvenemez. Hem DARPA'nın hem de çeşitli şirketlerin daha geniş hedefi, teknolojiyi sabit sensör veya ağ gerektiren her şeyin ötesine taşımak oldu.

Hidonix aracındaki bir manyetometre, bir binanın manyetik alanını hassas bir şekilde haritalayabiliyor. Bu harita daha sonra mobil cihazlar aracılığıyla navigasyon için kullanılabiliyor. — Hidonix

Teknik zorluk büyük olsa da, alan son on beş yılda olgunlaştı. Akademik laboratuvarlar bir dizi atılım yaptı ve ardından şirketler dahili araştırmalar üstlendi. Google potansiyeli gördü ve 2014'te Almanya Ulusal Havacılık ve Uzay Merkezi'nden bir manyetik konum araştırmacıları ekibini işe aldı. 2017'de başka bir araştırma işbirliği tarafından yayınlanan etkili bir makale, araştırmacıların manyetik alanları daha iyi anlamak için Gauss süreçlerini nasıl kullanabileceğini açıkladı.

2020'ye gelindiğinde teknoloji, Santa Monica, California merkezli girişim Hidonix'in müzeler ve okullar gibi yerlerde manyetometriyi Wi-Fi ve ivmeölçerlerden türetilen atalet navigasyonu gibi diğer mevcut verilerle birlikte iç mekân navigasyonu için kullanmasına yetecek kadar olgunlaştı. Şirket, daha önce binalarda bir araç veya kişi dolaştırarak manyetik bir harita oluşturuyor. Skog, bunu yapmanın bile komşu teknolojinin olgunlaşmasını gerektirdiğini belirtiyor: "Keşif aşamasında haritanızı oluşturmak için düşük sürüklenmeli ivmeölçerler ve jiroskoplar kullanarak oldukça iyi bir atalet navigasyonuna ihtiyacınız var."

Bağımsız Manyetik İç Mekân Navigasyonu

Şimdi şirketler bağımsız manyetik iç mekân navigasyonu sunmaya başlıyor. Hidonix, manyetik alana müdahale eden daha az nesnenin bulunduğu dış mekân ortamlarında ön haritalama olmadan manyetik coğrafi konum sunabildiğini iddia ediyor. İç mekânlarda, kullanıcıların talep ettiği hassasiyeti elde etmek için önceden kaydedilmiş bir harita hâlâ gerekli.

Bir başka yaklaşım, manyetik alanların nasıl değiştiğine dair büyük miktarda veri toplamayı ve ardından önceden kaydedilmiş bir haritanın yokluğunda bile manyetik alandaki yerel değişimleri tahmin etmek için sinir ağlarını kullanmayı içeriyor. AstraNav'in Ukrayna'da 2022 Rus işgalinden önce bile yaptığı şey bu. Tüm bu eğitim verilerinin ek bir faydası, çok çeşitli cihazlardan gelen verileri kalibre edebilmeleri oldu; bu da iç mekân ortamlarında kullanışlı. AstraNav'in Toutov'u, "Donanımdan bağımsızız," diyor. AstraNav ayrıca gerekli tüm hesaplamaları cihazın kendisinde yapmayı hedefliyor.

Manyetik bilgi, AstraNav'in bir cihazı GPS'in daha az kullanışlı olduğu iç mekânlarda hassas bir şekilde konumlandırmasına olanak tanıyor. — AstraNav

Manyetometre tabanlı iç mekân konumlandırma ticarileşmeye gerçekten hazırsa, talep kesinlikle büyük olacak. İç mekân haritalamanın ticari vaadi, sivil ortamları ve her türlü çatışma bölgesini kapsamasıdır. Pazar büyüklüğü şimdiden on milyarlarca doları bulabilir ve bir pazar araştırmacısı 2030'a kadar 150 milyar doların üzerine çıkacağını tahmin ediyor. Fabrikalar, robotlarını yönlendirmek için iç mekân haritalamaya ihtiyaç duyar; perakendeciler, müşterileri 1 metrenin altında bir doğrulukla takip etmek ve onlarla iletişim kurmak için iç mekân haritalama istiyor.

Ancak Skog, gerçek dünya ortamlarının ne kadar dağınık olduğu göz önüne alındığında, şirketlerin insanların kendi vücutlarının yerel manyetik alana müdahale etmesi veya asansör kullanımı gibi dinamik senaryoları yönetebildiklerini kanıtlama konusunda işlerinin zor olacağını söylüyor. Hanley, "Bir araştırma makalesinde işe yarayan bir çözüm bulmak başka bir şey, ancak sağlamlığa ihtiyacınız var," diyor.