礦工在一次塌方後被困在地下深處。消防員衝進一棟濃煙滾滾的高樓，撲滅猛烈的火災。一支士兵隊伍破門而入，衝進一棟黑暗的建築物。
在任何這些危及生命的情況下，救援人員或主管最迫切的問題是：“他們現在在哪裡？”
阿隆佐·凱利博士，卡內基梅隆大學國家機器人工程中心的教授，有一個解決這個問題的方案。他和他的團隊找到了一種方法，可以準確地定位在建築物和礦山等沒有 GPS 訊號的地方的人員。
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答案就在鞋跟裡。
透過每一步尋找方向
他們建立了一套可穿戴感測器，用於測量腳步以分析人的位置。該系統使用航位推算，這是一種導航方法，該方法基於使用者遠離已知起點的方向和速度來計算當前位置。
該系統名為 MINT，是微型慣性導航技術的縮寫，它由計算機和嵌入在一雙靴子中的三個感測器單元組成。每隻靴子的鞋跟裡都安裝有一個慣性測量單元 (IMU)。其中一隻靴子的前腳掌區域裝有一個微型雷達裝置，用於測量每個 IMU 每步行進的距離。
凱利說：“我們正在建立使用者移動時的參考系。我們可以將他們的路徑疊加到建築物或礦山的地圖或平面圖上。”
在有 GPS 的地方不需要 MINT。問題在於 GPS 只能在接收器可以接收到來自衛星的訊號的地方工作。但是人們經常發現自己處於接收訊號降為零的地方——建築物內和城市峽谷、地下、水下和茂密的樹冠下。
普通人的步行速度約為每小時 3,600 步，這意味著 MINT 在使用者走動時會執行那麼多參考位置更新。這也意味著該系統的定位精度會隨著時間的推移而提高。凱利說，現在它可以在步行 30 分鐘內提供佩戴者位置，精度優於 33 英尺。
適用於建築物中計程車兵和消防員
該專案的資金來自美國國防高階研究計劃局，MINT 裝置的軍用版本更加精確。由於該系統的定位資料可以從佩戴者傳輸到主管或指揮中心，因此其可能的軍事應用包括在搜尋洞穴和清理建築物時協調士兵的行動。在其網站上的帖子中，國防高階研究計劃局表示，它正在尋求“10 小時內達到 1 米[3.3 英尺]的精度……”
該機構表示：“微型導航輔助感測器的組合將提供傳統的 IMU（僅配備加速度計和陀螺儀）無法實現的導航精度。”
儘管 MINT 尚未完成上市流程，但凱利表示，目前一個對消防員或礦工有用的裝置的元件成本為 500 美元。軍用級裝置的零部件成本為 5,000 美元。他估計，三名工程師可以在一年內準備好商業原型。
他說：“消防界對我們正在做的事情非常感興趣。主管可以跟蹤消防員的位置並監控他們，或者該系統可以讓消防員原路返回，從而走出建築物。”
透過更多程式設計工作，更智慧的系統可以告訴消防員更快更安全的逃生方式。如果多個 MINT 與其他基本感測器一起連線到一個小隊，該網路可以提供全面的態勢感知：所有消防員在燃燒的建築物中的分佈位置、其他消防員所在建築物的狀況、每個單元周圍的環境溫度以及其他重要資訊。“我們發現有很多事情可以做，”凱利說。
地下情報
為了在採礦業中應用，MINT 一年多前在地下礦山中成功完成了美國國家職業安全與健康研究所 (NIOSH) 的演示。
但是礦山是惡劣的地方——對人和通訊訊號而言。許多機構和研究人員正在研究如何在發生緊急情況時將無線訊號（如 MINT 裝置傳送的訊號）從地下隧道中傳輸出來。他們到目前為止發現，隧道本身可以充當手機無線電頻率的波導。其他無線電頻率在發生緊急情況時提供了更好的選擇：在較低頻率下，無線電訊號可以透過導電材料（如電纜、管道、電力線和電線）傳播。美國國家職業安全與健康研究所表示，在最低頻率下，無線電訊號可以穿透地球。
該機構表示，2006 年的一項法律規定，煤礦必須在地下安裝無線通訊和電子跟蹤系統，定位系統可以使用這些系統來廣播被困礦工的下落。
凱利說：“這些礦山已經投資了他們的通訊基礎設施。如果您有一種可以定位自己的方法——使用 MINT 或其他某種定位方法——那麼通訊結構就已經存在了。”
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