Веб-сайт IEEE размещает файлы cookie на вашем устройстве, чтобы обеспечить вам наилучший пользовательский опыт. Используя наш веб-сайт, вы соглашаетесь на размещение этих файлов cookie. Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с нашей Политикой конфиденциальности.
Ведущие эксперты в области радиочастотной дозиметрии анализируют проблемы 5G и разницу между воздействием и дозой
У Кеннета Р. Фостера за плечами десятки лет опыта изучения радиочастотного (РЧ) излучения и его воздействия на биологические системы. Теперь он стал соавтором нового исследования по этой теме вместе с двумя другими исследователями, Марвином Зискиным и Квирино Бальзано. В общей сложности все трое из них (все являются штатными сотрудниками IEEE) имеют более чем вековой опыт работы по этой теме.
В обзоре, опубликованном в Международном журнале исследований окружающей среды и общественного здравоохранения в феврале, рассматриваются последние 75 лет исследований в области оценки воздействия радиочастотного излучения и дозиметрии. В нем соавторы подробно описывают, насколько далеко продвинулась эта область и почему они считают ее историей научного успеха.
IEEE Spectrum пообщался по электронной почте с почетным профессором Пенсильванского университета Фостером. Мы хотели узнать больше о том, почему исследования по оценке воздействия радиочастотного излучения столь успешны, что делает радиочастотную дозиметрию такой сложной и почему обеспокоенность общественности по поводу здоровья и беспроводного излучения, похоже, никогда не исчезнет.
Для тех, кто не знаком с этой разницей, в чем разница между воздействием и дозой?
Кеннет Фостер: В контексте безопасности радиочастотного излучения воздействие относится к полю вне тела, а доза — к энергии, поглощенной тканями тела. Оба эти фактора важны для многих приложений, например, в медицине, гигиене труда и исследованиях безопасности потребительской электроники.
«Хороший обзор исследований биологического воздействия 5G можно найти в статье [Кена] Карипидиса, в которой не обнаружено «убедительных доказательств того, что низкоуровневые радиочастотные поля выше 6 ГГц, такие как используемые в сетях 5G, вредны для здоровья человека». Кеннет Р. Фостер, Университет Пенсильвании
Фостер: Измерение РЧ-полей в свободном пространстве не является проблемой. Реальная проблема, которая возникает в некоторых случаях, заключается в высокой изменчивости воздействия РЧ-поля. Например, многие ученые исследуют уровни РЧ-поля в окружающей среде для решения проблем общественного здравоохранения. Учитывая большое количество источников РЧ-излучения в окружающей среде и быстрое затухание РЧ-поля от любого источника, это непростая задача. Точная характеристика индивидуального воздействия РЧ-полей является настоящей проблемой, по крайней мере для тех немногих ученых, которые пытаются это сделать.
Когда вы и ваши соавторы писали статью в IJERPH, была ли вашей целью указать на успехи и дозиметрические проблемы исследований по оценке воздействия? Фостер: Наша цель — указать на замечательный прогресс, достигнутый исследованиями по оценке воздействия за эти годы, который внес большую ясность в изучение биологических эффектов радиочастотных полей и способствовал значительному прогрессу в области медицинских технологий.
Насколько улучшилось оснащение приборами в этих областях? Можете ли вы рассказать, какие инструменты были вам доступны в начале вашей карьеры, например, по сравнению с тем, что доступно сегодня? Каким образом усовершенствованные приборы способствуют успешной оценке воздействия?
Фостер: Приборы, используемые для измерения радиочастотных полей в исследованиях в области охраны труда и техники безопасности, становятся все меньше и мощнее. Кто бы мог подумать несколько десятилетий назад, что коммерческие полевые приборы станут достаточно надежными, чтобы их можно было использовать на рабочих местах, и смогут измерять радиочастотные поля, достаточно сильные, чтобы представлять опасность для здоровья на рабочем месте, но при этом достаточно чувствительные, чтобы измерять слабые поля от удаленных антенн? И одновременно определять точный спектр сигнала, чтобы идентифицировать его источник?
Что происходит, когда беспроводные технологии переходят в новые диапазоны частот, например, миллиметровые и терагерцовые волны для сотовой связи или 6 ГГц для Wi-Fi?
Фостер: Опять же, проблема связана со сложностью ситуации воздействия, а не с приборами. Например, базовые станции сотовой связи 5G в диапазоне высоких частот излучают несколько лучей, которые перемещаются в пространстве. Это затрудняет количественную оценку воздействия на людей вблизи базовых станций сотовой связи, чтобы убедиться в его безопасности (а это почти всегда так).
«Меня лично больше беспокоит возможное влияние слишком долгого использования экранов на развитие ребёнка и проблемы с конфиденциальностью». – Кеннет Р. Фостер, Университет Пенсильвании
Если оценка воздействия — решенная проблема, что же делает столь сложным переход к точной дозиметрии? Почему первое намного проще второго?
Фостер: Дозиметрия — более сложная задача, чем оценка воздействия. В большинстве случаев невозможно ввести радиочастотный зонд в тело человека. Существует множество причин, по которым может понадобиться эта информация, например, при гипертермии для лечения рака, когда ткани необходимо нагревать до точно заданных уровней. Слишком слабый нагрев не даст никакого терапевтического эффекта, слишком сильный — и вы обожжете пациента.
Можете ли вы подробнее рассказать о том, как сегодня проводится дозиметрия? Если невозможно ввести зонд в тело человека, что может быть лучше?
Фостер: Можно использовать устаревшие измерители радиочастот для измерения полей в воздухе для различных целей. Это, конечно, касается работ по охране труда, где вам нужно измерять радиочастотные поля, возникающие на телах рабочих. В случае клинической гипертермии вам все еще может потребоваться надевать на пациентов тепловые датчики, но вычислительная дозиметрия значительно повысила точность измерения тепловых доз и привела к важным достижениям в этой технологии. Для исследований биологических эффектов радиочастот (например, с использованием антенн, размещенных на животных) крайне важно знать, сколько радиочастотной энергии поглощается организмом и куда она уходит. Вы не можете просто размахивать своим телефоном перед животным как источником воздействия (но некоторые исследователи так делают). Для некоторых крупных исследований, таких как недавнее исследование Национальной токсикологической программы пожизненного воздействия радиочастотной энергии на крыс, не существует реальной альтернативы компьютерной дозиметрии.
Как вы думаете, почему существует так много опасений по поводу беспроводного излучения, уровень которого люди измеряют дома?
Фостер: Восприятие риска – сложная штука. Характеристики радиоизлучения часто вызывают беспокойство. Его невозможно увидеть, нет прямой связи между воздействием и различными эффектами, которые беспокоят некоторых людей. Люди склонны путать радиочастотную энергию (неионизирующую, то есть её фотоны слишком слабы, чтобы разорвать химические связи) с ионизирующим рентгеновским излучением и т. д. (действительно опасным). Некоторые считают себя «повышено чувствительными» к беспроводному излучению, хотя учёным не удалось продемонстрировать эту чувствительность в должным образом слепых и контролируемых исследованиях. Некоторые люди чувствуют угрозу от повсеместного количества антенн, используемых для беспроводной связи. В научной литературе содержится множество отчётов о здоровье разного качества, в которых можно найти пугающие истории. Некоторые учёные считают, что проблема со здоровьем действительно может быть (хотя агентство здравоохранения обнаружило, что их это не беспокоит, но заявило о необходимости «дополнительных исследований»). Список можно продолжать.
Оценка воздействия играет в этом свою роль. Потребители могут купить недорогие, но очень чувствительные радиочастотные детекторы и исследовать радиочастотные сигналы в своем окружении, которых существует множество. Некоторые из этих устройств «щелкают», измеряя радиочастотные импульсы от таких устройств, как точки доступа Wi-Fi, и издают пугающий звук, подобный счётчику Гейгера в ядерном реакторе. Некоторые радиочастотные измерители также продаются для охоты за привидениями, но это уже другое применение.
В прошлом году British Medical Journal опубликовал призыв приостановить развертывание 5G до тех пор, пока не будет определена безопасность технологии. Что вы думаете об этих призывах? Как вы думаете, помогут ли они информировать часть общественности, обеспокоенную воздействием радиочастот на здоровье, или вызовут еще большую путаницу? Фостер: Вы ссылаетесь на авторскую статью [эпидемиолога Джона] Фрэнка, и я не согласен с большей частью ее. Большинство учреждений здравоохранения, которые рассмотрели научные данные, просто призвали к проведению дополнительных исследований, но по крайней мере одно из них — Голландский совет по здравоохранению — призвало к мораторию на развертывание высокочастотного диапазона 5G до тех пор, пока не будут проведены дополнительные исследования безопасности. Эти рекомендации, несомненно, привлекут внимание общественности (хотя HCN также считает маловероятным наличие каких-либо проблем со здоровьем).
В своей статье Фрэнк пишет: «Появляющиеся новые данные лабораторных исследований свидетельствуют о разрушительном биологическом воздействии радиочастотных электромагнитных полей».
В этом и заключается проблема: в литературе описаны тысячи исследований биологического воздействия радиочастотного излучения. Конечные точки, значимость для здоровья, качество исследований и уровни воздействия значительно различались. В большинстве из них сообщалось о каком-либо эффекте на всех частотах и уровнях воздействия. Однако большинство исследований были подвержены значительному риску систематической ошибки (недостаточная дозиметрия, отсутствие ослепления, малый размер выборки и т. д.), и многие исследования были несовместимы с другими. «Новые сильные стороны исследований» не имеют особого смысла в этой малоизвестной литературе. Фрэнку следует полагаться на более пристальное внимание со стороны органов здравоохранения. Им постоянно не удавалось найти четких доказательств неблагоприятного воздействия окружающих радиочастотных полей.
Фрэнк жаловался на непоследовательность в публичном обсуждении «5G», но он совершил ту же ошибку, не упомянув диапазоны частот при упоминании 5G. Фактически, низкочастотные и среднечастотные диапазоны 5G работают на частотах, близких к текущим диапазонам сотовой связи, и, по всей видимости, не создают новых проблем с воздействием. Высокочастотные диапазоны 5G работают на частотах немного ниже миллиметрового диапазона, начиная с 30 ГГц. Было проведено мало исследований биологических эффектов в этом диапазоне частот, но энергия едва проникает через кожу, и органы здравоохранения не выражали обеспокоенности по поводу ее безопасности при обычных уровнях воздействия.
Фрэнк не уточнил, какие исследования он хотел провести перед внедрением «5G», что бы он ни имел в виду. Федеральная комиссия по связи (FCC) требует от лицензиатов соблюдения установленных ею пределов воздействия, которые аналогичны действующим в большинстве других стран. Не существует прецедента, когда новая технология радиочастот напрямую оценивалась бы на предмет воздействия на здоровье перед её одобрением, что может потребовать бесконечной серии исследований. Если ограничения FCC небезопасны, их следует изменить.
Подробный обзор исследований биологических эффектов 5G см. в статье [Кена] Карипидиса, в которой говорится: «Нет убедительных доказательств того, что низкоуровневые радиочастотные поля выше 6 ГГц, такие как используемые в сетях 5G, вредны для здоровья человека». В обзоре также содержится призыв к проведению дополнительных исследований.
Научная литература неоднозначна, но до сих пор органы здравоохранения не обнаружили четких доказательств опасности для здоровья окружающих радиочастотных полей. Однако, безусловно, научная литература о биологических эффектах миллиметровых волн относительно невелика и включает около 100 исследований разного качества.
Правительство зарабатывает огромные деньги, продавая спектр для связи 5G, и должно вкладывать часть этих денег в высококачественные исследования в области здравоохранения, особенно в области высокочастотных технологий 5G. Лично меня больше беспокоит возможное влияние слишком долгого нахождения перед экраном на развитие детей и вопросы конфиденциальности.
Существуют ли усовершенствованные методы дозиметрических работ? Если да, то каковы наиболее интересные или перспективные примеры?
Фостер: Вероятно, главный прогресс произошел в вычислительной дозиметрии с внедрением методов конечных разностей во временной области (FDTD) и численных моделей организма на основе медицинских изображений высокого разрешения. Это позволяет очень точно рассчитать поглощение организмом радиочастотной энергии из любого источника. Вычислительная дозиметрия дала новую жизнь устоявшимся медицинским методам лечения, таким как гипертермия, используемая для лечения рака, и привела к разработке усовершенствованных систем визуализации МРТ и многих других медицинских технологий.
Майкл Козиол — заместитель редактора журнала IEEE Spectrum, освещающий все направления телекоммуникаций. Он окончил Сиэтлский университет, получив степень бакалавра по английскому языку и физике, а также степень магистра по научной журналистике Нью-Йоркского университета.
В 1992 году Асад М. Мадни возглавил компанию BEI Sensors and Controls, курируя линейку продукции, включавшую разнообразные датчики и инерциальное навигационное оборудование, но имевшую меньшую клиентскую базу — в основном из аэрокосмической и оборонной электронной промышленности.
Холодная война закончилась, и оборонная промышленность США рухнула. И бизнес не восстановится в ближайшее время. BEI необходимо было быстро найти и привлечь новых клиентов.
Для привлечения этих клиентов необходимо отказаться от механических инерциальных сенсорных систем компании в пользу непроверенной новой кварцевой технологии, миниатюризировать кварцевые датчики и перевести производителя, выпускающего десятки тысяч дорогостоящих датчиков в год, на производство миллионов более дешевых датчиков.
Мадни приложила все усилия, чтобы воплотить это в жизнь, и добилась для GyroChip большего успеха, чем кто-либо мог себе представить. Этот недорогой инерциальный измерительный датчик является первым в своем роде, интегрированным в автомобиль, позволяя системам электронного контроля устойчивости (ESC) обнаруживать проскальзывание и управлять тормозами для предотвращения опрокидывания. Поскольку в течение пятилетнего периода с 2011 по 2015 год ESC устанавливались на все новые автомобили, эти системы спасли 7000 жизней только в Соединенных Штатах, по данным Национальной администрации безопасности движения на трассах.
Это оборудование по-прежнему является сердцем бесчисленных коммерческих и частных самолетов, а также систем стабилизации для систем наведения американских ракет. Оно даже побывало на Марсе в составе марсохода Pathfinder Sojourner.
Текущая должность: почётный приглашенный профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе; президент в отставке, генеральный директор и технический директор BEI Technologies
Образование: 1968, колледж RCA; степень бакалавра наук, 1969 и 1972, степень магистра наук, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе, обе по специальности «Электротехника»; степень доктора философии, Калифорнийский прибрежный университет, 1987
Герои: В целом, мой отец научил меня учиться, быть человеком и понимать значение любви, сострадания и эмпатии; в искусстве – Микеланджело; в науке – Альберт Эйнштейн; в инженерии – Клод Шеннон.
Любимая музыка: в западной музыке — The Beatles, Rolling Stones, Элвис; в восточной музыке — газели.
Члены организации: Пожизненный член IEEE; Национальная инженерная академия США; Королевская инженерная академия Великобритании; Канадская инженерная академия
Самая значимая награда: Почётная медаль IEEE: «Выдающийся вклад в разработку и коммерциализацию инновационных сенсорных и системных технологий и выдающееся лидерство в исследованиях»; Выпускник Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе 2004 года
Мадни получила Медаль Почета IEEE 2022 за пионерскую разработку GyroChip, а также за другие заслуги в развитии технологий и руководстве исследованиями.
Инженерное дело не было первым выбором Мадни. Он хотел стать хорошим художником-живописцем. Но финансовое положение его семьи в Мумбаи, Индия (тогда Мумбаи) в 1950-х и 1960-х годах побудило его заняться инженерным делом, особенно электроникой, благодаря его интересу к последним инновациям, воплощенным в карманных транзисторных радиоприемниках. В 1966 году он переехал в Соединенные Штаты, чтобы изучать электронику в колледже RCA в Нью-Йорке, который был создан в начале 1900-х годов для подготовки операторов и техников беспроводной связи.
«Я хочу стать инженером, который сможет изобретать, — сказал Мэдени, — и делать то, что в конечном итоге повлияет на людей. Потому что, если я не смогу влиять на людей, я чувствую, что моя карьера не будет реализована».
Мадни поступил в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе в 1969 году, получив степень бакалавра в области электротехники после двух лет обучения по программе «Электронные технологии» в колледже RCA. Затем он продолжил обучение в магистратуре и докторской диссертации, используя цифровую обработку сигналов и рефлектометрию в частотной области для анализа телекоммуникационных систем. Во время учебы он также работал преподавателем в Тихоокеанском государственном университете, занимался управлением запасами в розничной сети Беверли-Хиллз David Orgell и был инженером, проектировавшим периферийные компьютерные устройства в Pertec.
Затем, в 1975 году, только что обручившись, и по настоянию бывшего одноклассника, он подал заявление о приеме на работу в отдел микроволновых приборов компании Systron Donner.
Мадни начал проектировать первый в мире анализатор спектра с цифровым хранилищем в компании Systron Donner. Он никогда раньше не пользовался анализатором спектра — в то время они были очень дорогими, — но он достаточно хорошо знал теорию, чтобы убедить себя взяться за эту работу. Затем он потратил шесть месяцев на тестирование, приобретая практический опыт работы с прибором, прежде чем попытаться его перепроектировать.
Проект занял два года и, по словам Мадни, привел к получению трех важных патентов, положив начало его «восхождению к большему и лучшему». Он также научил его понимать разницу между «обладанием теоретическими знаниями и коммерциализацией технологий, которые могут помочь другим», — сказал он.
Мы также можем изготовить пассивные радиочастотные компоненты по вашим требованиям. Вы можете перейти на страницу настройки и указать необходимые характеристики.
https://www.keenlion.com/customization/
Эмали:
sales@keenlion.com
tom@keenlion.com
Время публикации: 18 апреля 2022 г.
