IEEE:s webbplats placerar cookies på din enhet för att ge dig bästa möjliga användarupplevelse. Genom att använda vår webbplats godkänner du placeringen av dessa cookies. För att läsa mer, vänligen läs vår integritetspolicy.
Ledande experter inom RF-dosimetri analyserar smärtan av 5G – och skillnaden mellan exponering och dos
Kenneth R. Foster har årtionden av erfarenhet av att studera radiofrekvent (RF) strålning och dess effekter på biologiska system. Nu har han författat en ny undersökning i ämnet tillsammans med två andra forskare, Marvin Ziskin och Quirino Balzano. Tillsammans har de tre (alla fast anställda IEEE-stipendiater) mer än ett sekel av erfarenhet i ämnet.
Undersökningen, som publicerades i International Journal of Environmental Research and Public Health i februari, granskade de senaste 75 årens forskning om RF-exponeringsbedömning och dosimetri. I den beskriver medförfattarna hur långt området har kommit och varför de anser att det är en vetenskaplig framgångssaga.
IEEE Spectrum har via e-post pratat med professor emeritus Foster vid University of Pennsylvania. Vi ville lära oss mer om varför studier av RF-exponering är så framgångsrika, vad som gör RF-dosimetri så svårt och varför allmänhetens oro kring hälsa och trådlös strålning aldrig verkar försvinna.
För er som inte känner till skillnaden, vad är skillnaden mellan exponering och dos?
Kenneth Foster: I samband med RF-säkerhet avser exponering fältet utanför kroppen, och dos avser den energi som absorberas i kroppsvävnaden. Båda är viktiga för många tillämpningar – till exempel inom medicin, arbetshälsa och forskning om säkerhet inom konsumentelektronik.
"För en bra översikt av forskning om de biologiska effekterna av 5G, se [Ken] Karipidis artikel, som fann 'några avgörande bevis för att lågfrekventa RF-fält över 6 GHz, såsom de som används av 5G-nätverk, är skadliga för människors hälsa.'" -- Kenneth R. Foster, University of Pennsylvania
Foster: Att mäta RF-fält i fritt utrymme är inte ett problem. Det verkliga problemet som uppstår i vissa fall är den höga variationen i RF-exponering. Till exempel undersöker många forskare RF-fältnivåer i miljön för att hantera folkhälsoproblem. Med tanke på det stora antalet RF-källor i miljön och den snabba avklingningen av RF-fältet från vilken källa som helst är detta ingen lätt uppgift. Att noggrant karakterisera individuell exponering för RF-fält är en verklig utmaning, åtminstone för de få forskare som försöker göra det.
När du och dina medförfattare skrev er IJERPH-artikel, var ert mål att peka på framgångarna och de dosimetriska utmaningarna med exponeringsbedömningsstudier? Foster: Vårt mål är att peka på de anmärkningsvärda framsteg som forskningen om exponeringsbedömning har gjort under åren, vilket har ökat studiet av de biologiska effekterna av radiofrekvensfält avsevärt och drivit stora framsteg inom medicinsk teknik.
Hur mycket har instrumenten inom dessa områden förbättrats? Kan du berätta vilka verktyg som var tillgängliga för dig i början av din karriär, till exempel, jämfört med vad som finns tillgängligt idag? Hur bidrar förbättrade instrument till att exponeringsbedömningar lyckas?
Foster: Instrument som används för att mäta RF-fält inom hälso- och säkerhetsforskning blir mindre och kraftfullare. Vem hade för några decennier sedan trott att kommersiella fältinstrument skulle bli robusta nog att tas med till arbetsplatsen, kapabla att mäta RF-fält som är tillräckligt starka för att orsaka en arbetsrisk, men ändå tillräckligt känsliga för att mäta svaga fält från avlägsna antenner? Samtidigt bestämma det exakta spektrumet för en signal för att identifiera dess källa?
Vad händer när trådlös teknik flyttar in i nya frekvensband – till exempel millimeter- och terahertzvågor för mobilnät eller 6 GHz för Wi-Fi?
Foster: Återigen har problemet att göra med komplexiteten i exponeringssituationen, inte instrumenteringen. Till exempel avger 5G-basstationer med högt band flera strålar som rör sig genom rymden. Detta gör det svårt att kvantifiera exponeringen för människor nära mobilstationer för att verifiera att exponeringen är säker (vilket de nästan alltid är).
”Jag är personligen mer oroad över den möjliga inverkan av för mycket skärmtid på barns utveckling och integritetsfrågor.” – Kenneth R. Foster, University of Pennsylvania
Om exponeringsbedömning är ett löst problem, vad gör då hoppet inom noggrann dosimetri så svårt? Vad gör det första så mycket enklare än det senare?
Foster: Dosimetri är mer utmanande än exponeringsbedömning. Man kan i allmänhet inte föra in en RF-sond i någons kropp. Det finns många anledningar till varför man kan behöva denna information, till exempel vid hypertermibehandlingar för cancerbehandling, där vävnaden måste värmas upp till exakt angivna nivåer. För lite uppvärmning ger ingen terapeutisk fördel, för mycket uppvärmning ger brännskador på patienten.
Kan du berätta mer om hur dosimetri utförs idag? Om man inte kan föra in en sond i någons kropp, vad är då det näst bästa alternativet?
Foster: Det är okej att använda gammaldags RF-mätare för att mäta fält i luften för en mängd olika ändamål. Detta är naturligtvis fallet med arbetsmiljöarbete, där man behöver mäta radiofrekvensfälten som uppstår på arbetarnas kroppar. För klinisk hypertermi kan man fortfarande behöva förse patienter med termiska sonder, men beräkningsdosimetri har avsevärt förbättrat noggrannheten vid mätning av termiska doser och har lett till viktiga framsteg inom tekniken. För studier av biologiska RF-effekter (till exempel med hjälp av antenner placerade på djur) är det avgörande att veta hur mycket RF-energi som absorberas i kroppen och vart den går. Man kan inte bara vifta med telefonen framför ett djur som en exponeringskälla (men vissa forskare gör det). För vissa större studier, som den senaste studien från National Toxicology Program om livstidsexponering för RF-energi hos råttor, finns det inget verkligt alternativ till beräknad dosimetri.
Varför tror du att det finns så många ständiga problem kring trådlös strålning att folk mäter nivåerna hemma?
Foster: Riskuppfattning är en komplex sak. Radiostrålningens egenskaper är ofta oroande. Man kan inte se det, det finns ingen direkt koppling mellan exponering och de olika effekter som vissa människor oroar sig för, folk tenderar att förväxla radiofrekvensenergi (icke-joniserande, vilket betyder att dess fotoner är för svaga för att bryta kemiska bindningar) med joniserande röntgenstrålar, etc. Strålning (verkligen farlig). Vissa tror att de är "överkänsliga" för trådlös strålning, även om forskare inte har kunnat påvisa denna känslighet i korrekt blindade och kontrollerade studier. Vissa människor känner sig hotade av det allestädes närvarande antalet antenner som används för trådlös kommunikation. Den vetenskapliga litteraturen innehåller många hälsorelaterade rapporter av varierande kvalitet genom vilka man kan hitta en skrämmande historia. Vissa forskare tror att det faktiskt kan finnas ett hälsoproblem (även om hälsovårdsmyndigheten fann att de hade liten oro men sa att "mer forskning" behövdes). Listan kan göras lång.
Exponeringsbedömningar spelar en roll i detta. Konsumenter kan köpa billiga men mycket känsliga RF-detektorer och undersöka RF-signaler i sin omgivning, av vilka det finns många. Vissa av dessa enheter "klickar" när de mäter radiofrekvenspulser från enheter som Wi-Fi-åtkomstpunkter, och kommer att låta som en geigermätare i en kärnreaktor för världen. Läskigt. Vissa RF-mätare säljs också för spökjakt, men detta är en annan tillämpning.
Förra året publicerade British Medical Journal en uppmaning att stoppa 5G-utbyggnader tills teknikens säkerhet var fastställd. Vad tycker du om dessa uppmaningar? Tror du att de kommer att hjälpa till att informera den del av allmänheten som är oroad över hälsoeffekterna av RF-exponering, eller orsaka mer förvirring? Foster: Du hänvisar till en debattartikel av [epidemiologen John] Frank, och jag håller inte med om det mesta. De flesta hälsovårdsmyndigheter som har granskat vetenskapen har helt enkelt efterlyst mer forskning, men minst en – den nederländska hälsovårdsstyrelsen – har efterlyst ett moratorium för utrullningen av högbands-5G tills mer säkerhetsforskning är gjord. Dessa rekommendationer kommer säkerligen att locka allmänhetens uppmärksamhet (även om HCN också anser det osannolikt att det finns några hälsoproblem).
I sin artikel skriver Frank: "De framväxande styrkorna i laboratoriestudier tyder på de destruktiva biologiska effekterna av RF-EMF [radiofrekventa elektromagnetiska fält]."
Det är problemet: det finns tusentals studier av biologiska effekter av radiofrekvenser i litteraturen. Effektmått, relevans för hälsa, studiekvalitet och exponeringsnivåer varierade kraftigt. De flesta av dem rapporterade någon form av effekt, vid alla frekvenser och alla exponeringsnivåer. De flesta studier hade dock en betydande risk för bias (otillräcklig dosimetri, brist på blindning, liten urvalsstorlek etc.) och många studier var inkonsekventa med andra. "Framväxande forskningsstyrkor" är inte särskilt logiskt för denna obskyra litteratur. Frank borde förlita sig på närmare granskning från hälsovårdsmyndigheter. Dessa har konsekvent misslyckats med att hitta tydliga bevis på negativa effekter av omgivande radiofrekvensfält.
Frank klagade över inkonsekvensen i att offentligt diskutera "5G" – men han gjorde samma misstag genom att inte nämna frekvensband när han hänvisade till 5G. Faktum är att lågbands- och mellanbands-5G fungerar vid frekvenser nära nuvarande mobilband och verkar inte ge upphov till nya exponeringsproblem. Högbands-5G fungerar vid frekvenser strax under mmWave-området, med början vid 30 GHz. Få studier har gjorts om biologiska effekter i detta frekvensområde, men energin penetrerar knappt huden, och hälsovårdsmyndigheter har inte uttryckt oro över dess säkerhet vid vanliga exponeringsnivåer.
Frank specificerade inte vilken forskning han ville göra innan han lanserade "5G", vad han nu menade. [FCC] kräver att licensinnehavare följer dess exponeringsgränser, vilka liknar dem i de flesta andra länder. Det finns inget prejudikat för att en ny RF-teknik ska bedömas direkt för RF-hälsoeffekter innan godkännande, vilket kan kräva en oändlig serie studier. Om FCC:s restriktionerna inte är säkra bör de ändras.
För en detaljerad granskning av forskning om biologiska effekter av 5G, se [Ken] Karipidis artikel, som fann att "det inte finns några avgörande bevis för att lågfrekventa RF-fält över 6 GHz, såsom de som används av 5G-nätverk, är skadliga för människors hälsa. Granskningen efterlyste också mer forskning."
Den vetenskapliga litteraturen är blandad, men hittills har hälsovårdsmyndigheter inte funnit några tydliga bevis för hälsorisker från omgivande RF-fält. Men den vetenskapliga litteraturen om mmWaves biologiska effekter är visserligen relativt liten, med cirka 100 studier, och av varierande kvalitet.
Regeringen tjänar mycket pengar på att sälja spektrum för 5G-kommunikation, och borde investera en del av det i högkvalitativ hälsoforskning, särskilt 5G på högband. Personligen är jag mer oroad över den möjliga effekten av för mycket skärmtid på barns utveckling och integritetsfrågor.
Finns det förbättrade metoder för dosimetriarbete? Om så är fallet, vilka är de mest intressanta eller lovande exemplen?
Foster: Det största framsteget ligger förmodligen inom beräkningsdosimetri med införandet av FDTD-metoder (finite difference time domain) och numeriska modeller av kroppen baserade på högupplösta medicinska bilder. Detta möjliggör en mycket exakt beräkning av kroppens absorption av RF-energi från vilken källa som helst. Beräkningsdosimetri har gett nytt liv åt etablerade medicinska behandlingar, såsom hypertermi som används för att behandla cancer, och har lett till utvecklingen av förbättrade MR-avbildningssystem och många andra medicinska tekniker.
Michael Koziol är biträdande redaktör på IEEE Spectrum och täcker alla områden inom telekommunikation. Han har en kandidatexamen i engelska och fysik från Seattle University och en masterexamen i vetenskapsjournalistik från New York University.
År 1992 tog Asad M. Madni rodret för BEI Sensors and Controls, och ansvarade för en produktlinje som inkluderade en mängd olika sensorer och tröghetsnavigationsutrustning, men hade en mindre kundbas – främst inom flyg- och försvarselektronikindustrin.
Kalla kriget tog slut och den amerikanska försvarsindustrin kollapsade. Och näringslivet kommer inte att återhämta sig inom den närmaste framtiden. BEI behövde snabbt identifiera och attrahera nya kunder.
Att förvärva dessa kunder kräver att företaget överger sina mekaniska tröghetssensorsystem till förmån för ny, oprövad kvartsteknik, miniatyriserar kvartssensorer och konverterar en tillverkare som producerar tiotusentals dyra sensorer per år till att producera miljontals billigare.
Madni pressade hårt för att få det att hända och uppnådde större framgång än någon kunnat föreställa sig för GyroChip. Denna billiga tröghetsmätningssensor är den första i sitt slag som integrerats i en bil, vilket gör det möjligt för elektroniska stabilitetskontrollsystem (ESC) att upptäcka slirning och manövrera bromsarna för att förhindra vältning. Eftersom ESC installerades i alla nya bilar under femårsperioden från 2011 till 2015, räddade dessa system 7 000 liv enbart i USA, enligt National Highway Traffic Safety Administration.
Utrustningen fortsätter att vara kärnan i otaliga kommersiella och privata flygplan, såväl som stabilitetskontrollsystem för amerikanska missilstyrningssystem. Den reste till och med till Mars som en del av Pathfinder Sojourner-rovern.
Nuvarande roll: Distinguished Adjunct Professor vid UCLA; Pensionerad VD, koncernchef och teknisk chef för BEI Technologies
Utbildning: 1968, RCA College; kandidatexamen, 1969 och 1972, masterexamen, UCLA, båda i elektroteknik; doktorsexamen, California Coast University, 1987
Hjältar: I allmänhet lärde min far mig hur man lär sig, hur man är människa och innebörden av kärlek, medkänsla och empati; inom konst, Michelangelo; inom vetenskap, Albert Einstein; inom ingenjörskonst, Claude Shannon
Favoritmusik: Inom västerländsk musik, Beatles, Rolling Stones, Elvis; österländsk musik, Ghazals
Organisationsmedlemmar: IEEE Life Fellow; US National Academy of Engineering; UK Royal Academy of Engineering; Canadian Academy of Engineering
Mest betydelsefulla utmärkelse: IEEE Medal of Honor: "Banbrytande bidrag till utveckling och kommersialisering av innovativa sensor- och systemtekniker, och enastående forskningsledarskap"; UCLA Alumni of the Year 2004
Madni fick 2022 års IEEE Medal of Honor för banbrytande GyroChip, bland andra bidrag inom teknikutveckling och forskningsledarskap.
Ingenjörskonst var inte Madnis förstahandsval inom karriären. Han ville bli en bra konstnär och målare. Men den ekonomiska situationen för hans familj i Mumbai, Indien (dåvarande Mumbai) på 1950- och 1960-talen fick honom att välja ingenjörskonst – särskilt elektronik, tack vare hans intresse för de senaste innovationerna i ficktransistorradioapparater. År 1966 flyttade han till USA för att studera elektronik vid RCA College i New York City, som grundades i början av 1900-talet för att utbilda radiooperatörer och tekniker.
"Jag vill bli en ingenjör som kan uppfinna saker", sa Madeney, "och göra saker som i slutändan kommer att påverka människor. För om jag inte kan påverka människor, känner jag att min karriär kommer att vara ofullbordad."
Madni började på UCLA 1969 med en kandidatexamen i elektroteknik efter två år på elektronikprogrammet vid RCA College. Han fortsatte med en masterexamen och en doktorsexamen, där han använde digital signalbehandling och frekvensdomänreflektometri för att analysera telekommunikationssystem för sin avhandling. Under sina studier arbetade han också som föreläsare vid Pacific State University, arbetade med lagerhantering på återförsäljaren David Orgell i Beverly Hills och som ingenjör med design av kringutrustning till datorer på Pertec.
Sedan, 1975, nyförlovad och på inrådan av en tidigare klasskamrat, sökte han ett jobb på Systron Donners mikrovågsavdelning.
Madni började designa världens första spektrumanalysator med digital lagring på Systron Donner. Han hade aldrig använt en spektrumanalysator förut – de var mycket dyra på den tiden – men han kände till teorin tillräckligt väl för att övertyga sig själv om att ta jobbet. Han tillbringade sedan sex månader med att testa och fick praktisk erfarenhet av instrumentet innan han försökte designa om det.
Projektet tog två år och, enligt Madni, resulterade i tre viktiga patent, vilket inledde hans "klättring mot större och bättre saker". Det lärde honom också en uppskattning för skillnaden mellan "vad det innebär att ha teoretisk kunskap och kommersialisera teknik som kan hjälpa andra", sa han.
Vi kan även anpassa de passiva RF-komponenterna efter dina behov. Du kan gå in på anpassningssidan för att ange de specifikationer du behöver.
https://www.keenlion.com/customization/
E-post:
sales@keenlion.com
tom@keenlion.com
Publiceringstid: 18 april 2022
