Evaluation of the exposure to electromagnetic fields generated by communication military devices

Nowadays, there are many concerns about the interactions between the non-ionizing radiations and the human tissues. This is due to the fact that the technologies exploiting the radiofrequency to work are always growing. This is true both for the civil and for the military environment, where, in this last, the number of the simultaneously activated devices is large and where these devices are intended for being used only in such surrounding. For these reasons, the present PhD work started with a comprehensive review of the literature to identify the usual devices employed in a typical military scenario in order to well characterize it from the point of view of the exposure to the RF-EMF. Among all the RF military technologies, the wearable devices were identified as interesting from the human exposure point of view because of their way of use. Moreover, each possible scenario with wearable devices is prone to variations due to the variability of many factors such as the frequency, the anatomy of the user, and the position of the source with respect to the human user. The here presented PhD work aimed to assess the exposure due to wearable devices with particular focus on the possible impacts that the abovementioned variability sources could have on the human body power absorption. The investigations were performed by means of computational dosimetry techniques with the employment of high-resolution human virtual models and, moreover, thanks precisely to the dosimetric approach, it was possible to also deepen the effect of the variability introduced by the degree of detail of the simulated human model. The exposure assessment was performed through the parameter identified in the international regulations, depending on the wearable device. Such parameters were analysed by means of statistical tools in order to quantify not only the peak value, but also their distributions in the human tissues. The study of the variability introduced by the frequency of the source was performed by simulating several antennas tuned in different frequency bands; the variability due to the anatomy of the human being was approached with the use of different human virtual models with different genders and ages; the variability owing to the position of the source with respect to the human body was addressed with the positioning of the antennas in several locations on the human body and, finally, for the study of the impact of the way to reproduce the human model on the exposure assessment, the last study employed four different models able to describe the human most superficial tissues with different degree of detail. The work revealed that all the identified variability sources have an evident impact on the exposure, changing the distributions of the power absorption or its peak values. More specifically: i. the frequency increase implies a most superficial absorption, involving only the skin, ii. the distributions of the human body power absorption change by varying the gender and the age of the human model and, iii. with mmWave frequencies, the homogeneous dermis model typically used for simulating the skin implies an underestimation of the exposure levels if compared with structured and multi-layered models able to reproduce the inner structure of the skin itself.

Al giorno d'oggi, ci sono molte preoccupazioni circa le interazioni fra le radiazioni non ionizzanti ed i tessuti umani. Ciò è dovuto al fatto che le tecnologie che sfruttano la radiofrequenza (RF) sono sempre in crescita. Ciò è vero sia per l'ambiente civile che per quello militare, dove, in quest'ultimo, il numero dei dispositivi attivati simultaneamente è elevato e dove questi dispositivi sono destinati ad essere utilizzati solo in tale ambiente. Per queste ragioni, il presente lavoro di dottorato è iniziato con una revisione completa della letteratura per identificare i dispositivi impiegati in uno scenario militare tipico per caratterizzarlo dal punto di vista dell'esposizione all'EMF. Tra tutte le tecnologie militari RF, i dispositivi indossabili sono stati identificati come interessanti dal punto di vista dell'esposizione umana a causa del loro modo di utilizzo. Inoltre, ogni possibile scenario con dispositivi indossabili è soggetto a variazioni dovute alla variabilità di molti fattori come la frequenza, l'anatomia dell'utente e la posizione della fonte rispetto all'utente umano. Il lavoro di dottorato qui presentato mira a valutare l'esposizione dovuta ai dispositivi indossabili con particolare attenzione ai possibili impatti che le suddette fonti di variabilità potrebbero avere sull'assorbimento di potenza del corpo umano. Le indagini sono state effettuate mediante tecniche di dosimetria computazionale con l'impiego di modelli virtuali umani ad alta risoluzione e, inoltre, proprio grazie all'approccio dosimetrico, è stato anche possibile approfondire l'effetto della variabilità introdotta dal grado di dettaglio del modello umano simulato. La valutazione dell'esposizione è stata effettuata attraverso il parametro individuato nelle normative internazionali, a seconda del dispositivo indossabile. Tali parametri sono stati analizzati mediante strumenti statistici per quantificare non solo il valore di picco, ma anche la loro distribuzione nei tessuti umani. Lo studio della variabilità introdotta dalla frequenza della sorgente è stato effettuato simulando diverse antenne sintonizzate in diverse bande di frequenza; la variabilità dovuta all'anatomia dell'essere umano è stata affrontata con l'uso di diversi modelli virtuali umani con diversi generi ed età; la variabilità dovuta alla posizione della sorgente rispetto al corpo umano è stata affrontata con il posizionamento delle antenne in più punti del corpo umano e, infine, l'ultimo studio ha impiegato quattro diversi modelli in grado di descrivere i tessuti umani più superficiali con diverso grado di dettaglio. Il lavoro ha rivelato che tutte le fonti di variabilità identificate hanno un impatto evidente sull'esposizione, modificando le distribuzioni dell'assorbimento di potenza o i suoi valori di picco. Più specificamente: i. l'aumento di frequenza implica un assorbimento più superficiale, coinvolgendo solo la pelle, ii. le distribuzioni del corpo umano cambiano assorbimento di potenza variando il genere e l'età del modello umano e, iii. con frequenze mmWave, il modello omogeneo del derma tipicamente utilizzato per simulare la pelle implica una sottovalutazione dei livelli di esposizione rispetto a modelli strutturati e multistrato in grado di riprodurre la struttura interna della pelle stessa.