Stojantiesiems

Elektromagnetinės bangos ir žmogaus sveikata

Rugsėjo 30, 2021

Vilniaus Gedimino technikos universiteto (VILNIUS TECH) Fizikos katedros Fotoelektros technologijų laboratorijos vedėjas, prof. dr. Artūras Jukna

Kaip suprantame bangos energiją?

Fizika nagrinėja trijų rūšių bangas: mechanines – jūros bangavimą, stygos virpesius, garsus, medžiagos – kurias aprašė Nobelio premijos laureatas Louis de Broglie, ir elektromagnetines, kitaip vadinamas šviesa. 

Šviesa – tai elektrinio ir magnetinio lauko erdve nuolat sklindantys virpesiai, kurie mūsų žinomų ir naudojamų jutiklių suprantami kaip dalelių srautas. Jutikliuose panaudotų elektrinių ir/ar magnetinių medžiagų savybės (elektrinis laidumas, magnetinė tvarka ir kt.) kinta greitai, vos tik jutiklio medžiaga sugeria fotonus, o savybių pokyčio dydis priklauso nuo fotonų rūšies ir jų skaičiaus. Jutikliais registruojamos bangos/fotonų energija sudaryta iš dviejų dalių.

Pirmoji – bangos elektrinio ir magnetinio laukų kitimo dažnis arba fotonų energija. Apie juos užsimenama įvardinant šviesos spalvą. Antroji bangos energijos dalis – bangos intensyvumas arba fotonų, atsitrenkusių į apšviestą paviršių, skaičius. Didėjant bangos intensyvumui arba fotonų skaičiui – šviesa apšviesto objekto paviršius geriau pastebimas, ryškiau išsiskiria iš aplinkos. 

Energijos tvermės dėsnyje tvirtinama, jog energija iš niekur neatsiranda ir niekur nedingsta. Tad kur ji prapuola bangai/fotonams skverbiantis neskaidriais kūnais? Atsakymas paprastas – bangos/fotonų energija virsta kitomis energijos rūšimis. Šviesos elektrinis laukas įgreitina bangą sugeriančios aplinkos įelektrintas daleles, o jos magnetinis laukas atskiria neigiamo ir teigiamo ženklo įelektrintas daleles, nukreipdamas neigiamai įelektrintas daleles viena kryptimi, o teigiamai įelektrintas – priešinga kryptimi. Įgreitintos ir įvairiomis kryptimis judančios dalelės daug kartų susiduria su kitomis įelektrintomis ir neutraliomis dalelėmis, perduodamos joms dalį savo turėtos perteklinės energijos. Medžiagos viduje vykstantys energijos mainai pasireiškia įvairiais reiškiniais, kruopščiai tiriamais ne tik Lietuvos, bet užsienio mokslinėse laboratorijose. 

Koks bangų/fotonų sugertas energijos kiekis nekenksmingas žmogaus organizmui?

Vos atmerkus akis išvystame mus supančių objektų atspindėtą šviesa. Žmogaus akies sugerta balta šviesa inicijuoja akyje cheminių reakcijų ir elektrinių impulsų seką, suvokiamą kaip šviesai neskaidrių objektų formą, spalvą ir atstumą iki jų. Kokią šviesos dalį atsispindi neskaidrūs objektai ir kokią dalį praleidžia pro save skaidrūs objektai, lemia objektus sudarančių dalelių (atomų/molekulių) tankis ir jų optinės savybės (sugertis). 

Žmogaus kūnu sugertos šviesos dalis įvertinama kūną sudarančios medžiagos savitąja sugertimi (angl. SAR), t. y. sugertos šviesos energijos santykis su ją sugeriančio kūno mase. Radiacinės saugos nuo nejonizuojančios spinduliuotės tarptautinė komisija nustatė, jog žmogaus sveikatai nepavojingos bangos, kurių galia (t. y. energija, suteikiama kūnui kiekvieną sekundę) neviršija vidutiniškai 0,08 W (čia W žymi galios matavimo vienetą – vatą) vienam kūno masės kilogramui. Šis skaičius gali būti kiek kitoks, priklausomai nuo žmogaus kūno paviršiaus elektrinio laidumo ir nuo jo kūnu sugertos šviesos spalvos. 

Mokslininkai nustatė, jog 0,3-0,4 W/m2 žmogaus kūno paviršiaus ploto (sveikatingumo norma Lietuvoje Lietuvos Respublikos Sveikatos apsaugos ministerijos duomenimis – 10 W/m2 arba kitaip 23,2 W/kg vidutiniškai 70 kg sveriančio žmogaus kūnui) nesukels liekamųjų reiškinių žmogaus organizme, jei bangų/fotonų spalva, išreikšta elektrinio/magnetinio lauko svyravimų dažniais yra ribose nuo 1 iki 8 milijardų hercų (arba kitaip nuo 1 iki 8 GHz) ir jei ją sugeriantis kūnas sveria vidutiniškai 70 kg. 

Bangų/fotonų energija žmogaus kūne virsta kitomis energijos rūšimis, t. y. įelektrintų dalelių kinetine energija, dalelių tarpusavio  susidūrimų energija, šiluma ir kt. Pagrindinės šviesos energijos dalį sugeria kūno paviršius. Fizikai įrodė, jog intensyviausia sugertis vyksta medžiagos gylyje, kuris prilygsta į kūną krentančios šviesos bangos ilgiui. 

Bangų įsiskverbimo gylis suprantamas kaip atstumas, kurį nusklidusios bangos intensyvumas sumažėja maždaug 3 kartus (jei tiksliai tai e = 2,718 kartų). Mokslininkai nustatė, jog 0,1 – 1 GHz dažnio bangos/fotonai įsiskverbia į žmogaus kūną 20-30 cm, o dažniui padidėjus iki 10 GHz, jų įsiskverbimo gylis sumažėja iki 0,3 – 1 cm. Įsiskverbimo gylio ribos priklauso nuo kūno odos būvio (sausa ji ar drėgna), nuo poodinio riebalinio (skaidriausiais šviesai) ir raumeninio (mažiausiai skaidrus šviesai) sluoksnių storio. Banga/fotonai gali įsiskverbti ir giliau į žmogaus kūną, jei padidintume bangų intensyvumą/fotonų skaičių, taip viršijant nustatytą 0,08 W/kg ribą kūno paviršiuje ir nustumiant ją link gilesnių kūno sluoksnių. 

Artinant spinduliavimo šaltinį prie kūno paviršiaus, šaltinio spinduliuojamų bangų intensyvumas didėja kvadratiniu dėsniu (t. y. 2 kartus sumažinus atstumą, bangos intensyvumas padidėja 4 kartus), todėl net ir 2,718 kartų mažesnio intensyvumo bangos, įsiskverbusios į žmogaus kūną, gali jame ar atskirose jo dalyse sukurti didesnę nei 0,08 W/kg galią, taip viršijant sveikatingumo ribą (JAV Federalinės komunikacijų komisijos (Federal Communications Commission) duomenimis ji turi neviršyti 1,6 W/kg, t. y. 14,5 kartų mažesnės už Lietuvos Respublikos Sveikatos apsaugos ministerijos nustatytą sveikatingumo normą) ir sukeliant kūne liekamuosius pokyčius.  

Koks yra sugertų bangų poveikis žmogui?

Atlikta daug mokslinių tyrimų, įvertinančių žala žmogaus organizmui, kurią sukelia intensyvios nejonizuojančios spinduliuotės. Ištirtas poveikis žmogaus reprodukcinei sistemai (paskelbta per 100 mokslinių publikacijų aukšto citavimo indekso moksliniuose žurnaluose), žmogaus kūno ląstelių augimui ir vystymuisi (daugiau kaip 100 mokslinių publikacijų), širdies darbui (per 30 mokslinių publikacijų) ir kt. Juose gausu tiesioginių ir netiesioginių tyrimų rezultatų, įrodančių, jog poveikis žmogaus organizmui tikrai yra. Belieka tik išsiaiškinti, ar tas poveikis tikrai žalingas. 

Poveikio vertinimas gana komplikuotas, tad tyrimų rezultatai nevienareikšmiai. Jie priklauso ne tik nuo žmogaus organizmo reakcijos į elektromagnetinių bangų/fotonų poveikį, bet ir nuo kūno formos, poodinio riebalinio sluoksnio storio, raumenų audinių apimties, organizmo imuniteto, t. y. nuo imuninės sistemos potencialo atpažinti pažeistas ląsteles ir jas pašalinti ir kt. 

Dalis eksperimentinių ir teorinių skaičiavimų rezultatų vienareikšmiai ir gali būti tiesiogiai patikrinti. Pavyzdžiui, moksliniai rezultatai patvirtina, jog 4 W/kg spinduliuotės galią sugeriančio žmogaus kūno temperatūra pakyla vidutiniškai vienu laipsniu, t. y. absoliučiai sveiko žmogaus apšvitinamos kūno dalies temperatūra pakyla iki 37,6o C. Apšvitinamo žmogaus kūno temperatūra gali kisti priklausomai nuo jo apšvitinimo trukmės ir kraujotakos sistemos potencialo skubiai ataušinti bangų įkaitintas kūno vietas. 

Lokalus temperatūrų skirtumo atsiradimas žmogaus kūne sukuria ne tik įelektrintų (pavyzdžiui, baltyminių molekulių), bet ir neįelektrintų molekulių difuziją iš šiltesnės zonos į vėsesnę, nepriklausomai nuo pradinės jų judėjimo krypties, reikalingos gyvybiškai svarbiems biologiniams procesams. Tad kiek ilgiau bendravę mobiliaisiais įrenginiais pajuntame nemotyvuotą nuovargį, galvos skausmus ir/ar net irzlumą. Mokslininkai teigia, jog elektromagnetinis laukas veikia kūno ląsteles ir jų metabolizmą. Stiprūs laukai ir ilgalaikis jų poveikis ardo genomą ir sukuria prielaidas vėžiniams susirgimams.

Ar vertėtų atsisakyti į rinką besiveržiančio 5G judriojo ryšio?

Šiandien niekam nebeabejojant dėl mobiliųjų įrenginių poreikio ir jų pranašumo prieš stacionariuosius įrenginius, 5-osios kartos judriojo radijo ryšio (5G) dėka (Europoje jis realizuojamas 0,7 GHz, 3,5 GHz ir 26 GHz dažnių bangų ruožuose) kuriamos automatizuotos, robotų aptarnaujamos produktų gamybos linijos, plečiasi dirbtinio intelekto pritaikymų praktikoje, pažangių technologijų kūrimo ir nuotolinio įrenginių ir priemonių valdymo galimybės. 

Tačiau 5G judriojo radijo ryšio signalus patikimai perduoti galima tik santykinai trumpu atstumu. Todėl ryšių technologijos realizavimui tankiai apgyvendintuose rajonuose prireiks didelio skaičiaus spinduliuojančių antenų (šaltinių), išrikiuotų išilgai automatizuotos gamybos ar transporto linijų atstumu prilygstančiu atstumui tarp gatvės apšvietimo stulpų, sumontuotų vos 6-10 m aukštyje nuo grindinio paviršiaus. Tik taip bus galima užtikrinti patikimą duomenų perdavimo neilgesnę nei ~1 milisekundė (1 ms = 0,001 sekundės dalis) delsą. 5G technologijos realizavimas tankiai apgyvendintuose rajonuose (planuojant patenkinti kuo didesnio paslaugų vartotojų skaičiaus lūkesčius) susijęs ne tik su geresne paslaugų kokybe bei didelėmis investicijomis, bet ir intensyvia pačių vartotojų apšvita. Vykdant 5G judriojo ryšio plėtrą Lietuvoje, iškyla reali grėsmė ryšio paslaugų vartotojams atsitiktinai patekti į didelės galios elektromagnetinių bangų zonas. 

5G judrusis ryšys neabejotinai reikalingas šiuolaikinei visuomenei ir darniam naujų technologijų vystymuisi, tačiau judriuoju ryšiu reiktų naudotis atsakingai, iki minimumo sumažinant žalingą bangų/fotonų tiesioginį poveikį vartotojui. Būtina kurti 5G ryšio signalų aukšto kryptingumo modernias antenas, spinduliuojančias siaurais erdviniais kampais tik į imtuvų, priimančių signalus, antenas bei stipraus 5G signalo zonas pažymint specialiais ženklais, įspėjančiais vartotojus apie jų keliamą pavojų sveikatai. 

Didelės galios 5G ryšį saugu naudoti tik šalia automatizuotų gamybos linijų pilnai automatizuotose gamyklose, esančiose atokiau nuo žmonių masinio susibūrimo vietų, poilsio zonų, gyvenamųjų namų ir darboviečių. Visur, kur tik galima realizuoti, didelės galios signalų bevielį ryšį reiktų pakeisti į laidinį/šviesolaidinį, netgi jei tai ir brangesnis technologijos įdiegimo kelias. Atsisakyti 5G judriojo ryšio privalumo būtų klaida, tačiau būtina nuolat mokytis išmaniai naudotis civilizacijos išradimais ir vis tobulėjančiomis technologijomis, kuo ilgiau išliekant sveikais ir kūrybingais.

 

Galerija

Panašios naujienos

Kviečiame savanoriauti!
Kviečiame savanoriauti!
Kviečiame savanoriauti Lietuvos pirmininkavimo Europos Sąjungos Tarybai renginiuose. Trumpalaikė savanorystė 2027 m. pirmąjį pusmetį Lietuva pirmininkaus Europos Sąjungos Tarybai, todėl Vilniuje vyks aukšto lygio tarptautiniai renginiai. Europos Sąjungos valstybių narių ministrus, pareigūnus ir tarptautines delegacijas subursiantis Lietuvos pirmininkavimas Europos Sąjungos Tarybai ieško pastiprinimo. Kviečiame motyvuotus studentus prisidėti prie renginių organizavimo ir logistikos užtikrinimo savanorystės pagrindu. Tikimės, kad: • esi ne jaunesnis (-ė) nei 18 metų (2027 m. sausio 1 d.); • gerai moki anglų kalbą (ne žemesniu nei B2 lygiu); • esi atsakingas (-a) ir iniciatyvus (-i); • domiesi tarptautiniais procesais ir renginių organizavimu bei nori tapti Lietuvos veidu tarptautiniuose renginiuose. Savanorių veiklos: • pagalba registracijos ir akreditacijos procesuose; • delegacijų informavimas ir nukreipimas; • renginių logistikos ir organizacinių procesų palaikymas. Įsitraukimo trukmė: 1–2 dienos bent penkiuose renginiuose (viso 17 renginių). Tai puiki galimybė įgyti tarptautinių renginių organizavimo patirties ir iš arti pamatyti, kaip vyksta vienas svarbiausių Lietuvos pirmininkavimo Europos Sąjungos Tarybai etapų. Norinčius dalyvauti kviečiame pateikti gyvenimo aprašymą (CV), trumpą motyvacinį laišką ir aukštojo mokslo įstaigos rekomendacinį laišką el. paštu stud@vilniustech.lt iki 2026 m. rugsėjo 15 d. Ilgesnės trukmės įsitraukimas / praktika (savanorystės pagrindais) Siūlome atlikti praktiką organizuojant Lietuvos pirmininkavimo Europos Sąjungos Tarybai renginius! Užsienio reikalų ministerija kviečia studentus prisidėti prie Lietuvos pirmininkavimo Europos Sąjungos Tarybai renginių logistikos užtikrinimo 2027 m. sausio–birželio mėnesiais. Ką veiksi? • prisidėsi prie akreditacijos centro veiklos; • padėsi koordinuoti renginių logistiką; • dalyvausi delegacijų aptarnavimo procesuose; • prisidėsi prie komunikacijos ir organizacinių užduočių; • siūlysime praktiką atlikti savanorystės pagrindais. Tikimės, kad: • gerai moki anglų kalbą (B2 lygis); • esi atsakinga (-s) ir organizuota (-s); • gali įsipareigoti ilgesniam laikotarpiui; • turi savanorystės ar renginių organizavimo patirties (privalumas). Įsitraukimo laikotarpis: 2027 m. sausio–birželio mėn. Grafikas / datos gali būti derinamos bendru sutarimu. Studentams, kurių studijų programos numato praktiką, gali būti sudaryta galimybė šią savanorystės veiklą įskaityti kaip praktiką. Jei nori prisidėti prie vieno svarbiausių Lietuvos tarptautinių projektų ir įgyti vertingos profesinės patirties, kviečiame kandidatuoti pateikiant CV ir motyvacinį laišką el. paštu: stud@vilniustech.lt iki spalio 15 d.
Plačiau
Elektronikos ir medicinos inžinerijos studentai sukūrė žmogaus judesių analizės sistemą
Elektronikos ir medicinos inžinerijos studentai sukūrė žmogaus judesių analizės sistemą
Šiuolaikiniai inžineriniai sprendimai vis dažniau gimsta bendradarbiaujant skirtingų sričių specialistams. Universitetinė aplinka suteikia galimybę sujungti skirtingas kompetencijas ir kurti sprendimus, kurie vienos disciplinos ribose būtų sunkiai įgyvendinami. Toks bendradarbiavimas išryškėjo ir baigiamajame bakalauro darbe, kuriame VILNIUS TECH studentai Laura Venckutė (Elektronikos fakultetas) ir Abderrazak El Aamrani (Mechanikos fakultetas) sujungė elektronikos bei medicinos inžinerijos žinias, kurdami žmogaus judesių atpažinimo ir vertinimo sistemą. Projekto pradžioje Medicinos inžinerijos ir Elektronikos inžinerijos studijų programų studentai siekė išspręsti problemą, aktualią tiek sporto, tiek reabilitacijos srityse – trūksta prieinamų sistemų, galinčių automatiškai atpažinti ir įvertinti žmogaus atliekamus judesius ir suteikti momentinį grįžtamąjį ryšį. Kaip pažymi projekto autoriai, neteisingai atliekami judesiai gali sumažinti treniruočių efektyvumą ir padidinti traumų riziką reabilitacijos, sporto ar kasdienės veiklos metu. Būtent todėl buvo nuspręsta ieškoti technologinio sprendimo, kuris galėtų padėti objektyviai ir greitai įvertinti judesių kokybę. [caption id="attachment_120706" align="alignnone" width="2048"] Elektronikos ir medicinos inžinerijos studentai sukūrė žmogaus judesių analizės sistemą[/caption] Idėja kilo iš ankstesnių projektų ir studijų metu įgytos patirties, o svarbiu postūmiu tapo dėstytojų pasiūlyta bendradarbiavimo galimybė. Nuo pat pradžių buvo aišku, kad projektui reikės skirtingų sričių žinių – judesių analizė reikalauja ne tik techninės sistemos sukūrimo, bet ir gebėjimo apibrėžti prasmingus žmogaus judesių vertinimo kriterijus. Studentai projekte pritaikė skirtingas, tačiau neatsiejamas ir papildančias kompetencijas. Elektronikos inžinerijos studentė buvo atsakinga už kompiuterinę regą, įterptines sistemas ir sistemos integravimą, o medicinos inžinerijos studentas prisidėjo biomechanikos bei žmogaus judesių vertinimo žiniomis. Nors darbai buvo paskirstyti pagal kompetencijas, svarbiausi sprendimai buvo priimami kartu. Nuo pirminės koncepcijos iki veikiančios sistemos Pradiniame etape buvo planuojama sukurti sistemą, galinčią analizuoti platesnį judesių spektrą ir atlikti daugiau analizės funkcijų. Tačiau projekto eigoje teko atsižvelgti į techninius apribojimus, turimus aparatinius resursus ir baigiamojo darbo apimtį. Dėl šių priežasčių dalies idėjų buvo atsisakyta. Komandos nariai teigia, kad projekto metu nekilo didesnių nesutarimų. Sprendimai buvo priimami aptariant galimas alternatyvas, vertinant jų atitikimą projekto tikslams ir, kai buvo įmanoma, išbandant skirtingus metodus praktikoje. Kai techniniai reikalavimai nesutapdavo, buvo ieškoma sprendimo, kuris geriausiai atitiktų tiek projekto tikslus, tiek įgyvendinimo galimybes. Galutinis projekto rezultatas – žmogaus judesių atpažinimo ir grįžtamojo ryšio sistema, paremta kūno pozos nustatymo algoritmu, skirta krepšinio metimo analizei. Sistema realiuoju laiku aptinka žmogų, nustato jo kūno padėtį ir pagal biomechaninius kriterijus įvertina metimo techniką, o vėliau pateikia vartotojui grįžtamąjį ryšį. Tarpdiscipliniškumo vertė ir ateities galimybės Testavimo metu sistema veikė geriau nei tikėtasi – ji sėkmingai analizavo skirtingo ūgio naudotojų judesius ir išlaikė patikimą veikimą net iki 12 metrų atstumu. Studentų teigimu, lūkesčius pranoko ne tik techniniai rezultatai, bet ir pats bendradarbiavimo procesas. Jų nuomone, teoriškai tokį projektą būtų galima įgyvendinti ir vienos srities specialistui, tačiau praktiškai tai būtų sudėtinga ir neefektyvu. Projektas reikalavo tiek elektronikos žinių, tiek žmogaus judesių analizės supratimo. Be abiejų sričių kompetencijų būtų reikėję daug daugiau laiko skirti naujų temų studijavimui ir sprendimų paieškai. Ateityje studentai mato galimybių toliau plėtoti projektą gerinant sistemos stabilumą, optimizuojant resursų naudojimą, plečiant palaikomų judesių skaičių ir didinant judesių atpažinimo tikslumą. Nors jie dar nėra tikri, ar ateityje dirbs būtent šioje srityje, tikisi ir toliau gilinti žinias susijusiose technologijų ir inžinerijos kryptyse. Vadovų įžvalgos: tarpdiscipliniškumas kaip ateities inžinerijos pagrindas Baigiamojo darbo vadovai pabrėžia, kad projekto tema natūraliai reikalavo skirtingų disciplinų bendradarbiavimo. Tačiau didžiausia šio projekto vertė slypi ne tik sukurtame techniniame sprendime, bet ir studentų gebėjime efektyviai bendradarbiauti. Medicinos inžinerijos studijų programos dėstytoja prof. dr. Kristina Daunoravičienė pabrėžia, kad žmogaus kūno padėties atpažinimo ir vertinimo sistemos kūrimas apima tiek žmogaus judesio ir biomechanikos supratimą, tiek gebėjimą sukurti techninę sistemą, kuri galėtų surinkti, apdoroti ir pateikti informaciją vartotojui. „Skirtingų žinių ir kompetencijų poreikis nulėmė, kad tema tapo puikia terpe bendradarbiavimui tarp medicinos ir elektronikos inžinerijos studentų. Tokiuose projektuose gimsta ne tik techniniai sprendimai, bet ir gebėjimas suprasti kitų sričių logiką, apribojimus bei prioritetus“, – teigia prof. dr. K. Daunoravičienė. Nors projekto pradžioje studentai buvo nepažįstami ir atstovavo skirtingoms studijų kryptims, bendras tikslas greitai tapo pagrindu sėkmingam darbui. Vadovė pabrėžia, kad medicinos inžinerija į projektą atnešė žmogaus judesio vertinimo ir rezultatų interpretavimo perspektyvą, o elektronikos inžinerija – sistemų architektūros, prototipavimo ir optimizavimo žinias. Pasak prof. dr. K. Daunoravičienės, svarbiausias projekto rezultatas yra ne tik sukurtas prototipas ir jo išvesties palyginimas su „Xsens“ judesio analizės sistema gautais rezultatais. „Ne mažiau svarbios yra bendradarbiavimo, komunikacijos, pasitikėjimo, iniciatyvos ir gebėjimo mokytis vienam iš kito kompetencijos. Būtent jos leidžia geroms idėjoms virsti realiai veikiančiais sprendimais“, – įsitikinusi profesorė. Elektronikos fakulteto dėstytojas doc. dr. Vytautas Abromavičius taip pat atkreipia dėmesį, kad kad dirbtinio intelekto eroje vis didesnę reikšmę įgauna ne tik techninės kompetencijos, bet būtina ir aiški komunikacija, gebėjimas suprasti skirtingų sričių specialistus ir kartu siekti bendro tikslo. „Šis baigiamasis darbas parodė, kad mūsų studentai puikiai bendravo tarpusavyje, gebėjo specifinius ir profesinius terminus perteikti paprasta, suprantama kalba. Toks tarpusavio supratimas leido efektyviai sujungti skirtingų disciplinų žinias į puikų rezultatą“, – sako doc. dr. V. Abromavičius. Jo teigimu, tarpdisciplininių projektų poreikis šiuolaikinėje inžinerijoje nuolat auga. Kiekvienas realus rinkai kuriamas projektas susideda iš daugelio dedamųjų, todėl platesnis problemos suvokimas užtikrina geresnį produkto pritaikomumą ir galutinį užbaigtumą.
Plačiau