Dans l’interaction entre les micro-ondes et les êtres humains, la tradition peau est considérée comme unique en tant que couch d’éponge absorbante remplie d’eau. Dans des travaux antérieurs, nous avons montré que ce point de vue est erroné lorsque nous avons démontré que la partie enroulée du conduit sudoripare dans la couche supérieure de la peau est considérée comme une antenne en spirale dans la gamme sub-THz.

Expérimentalement, nous avons montré que la réflectivité de la peau humaine dans la gamme sub-THz dépend de l’intensité de la transpiration, c’est-à-dire de la conductivité du canal sudoripare, et est corrélée au niveau de stress humain (physique, mental et émotionnel) Le . Nous avons découvert plus tard le dichroïsme circulaire dans la réflexion cutanée, une caractéristique du mode axial d’une antenne hélicoïdale.

Les implications complètes de ces résultats pour l’homme ne sont pas encore claires. Nous avons également trouvé une corrélation entre les paramètres d’électrocardiographie (ECG) et le coefficient de réflexion sous-THz de la peau humaine. Dans un travail récent, nous avons développé un outil unique de simulation de la peau humaine qui prend en compte la structure multicouche de la peau ainsi que le segment hélicoïdal du canal sudoripare qui y est intégré.

La présence du canal sudoripare a entraîné un taux d’absorption spécifique (SAR) élevé de la peau dans la plage de fréquences extrêmement élevées.

Dans cet article, nous résumons les preuves physiques de ce phénomène et examinons ses implications pour l’utilisation future du spectre électromagnétique par les communications sans fil.

En juillet 2016, la Federal Communications Commission (FCC) des États-Unis a publié de nouvelles réglementations pour le fonctionnement du haut débit sans fil au-dessus de 24 GHz (5G). Cette tendance d’utilisation devrait s’étendre à des fréquences plus élevées dans la gamme inférieure à THz.

Il convient de garder à l’esprit que les humains sont immergés dans le bruit électromagnétique généré par des appareils fonctionnant sur les mêmes fréquences sur lesquelles le canal de sueur (comme une antenne en spirale) est le plus fortement accordé. Nous mettons en garde contre l’utilisation sans restriction des technologies sous-THz pour les communications avant que les implications potentielles pour la santé publique ne soient comprises.

introduction

Le monde galope vers un nouvel avenir radieux, du moins c’est ce que l’industrie voudrait nous faire croire. L’avènement de la 5G promet une connectivité et une intégration sans précédent avec le monde virtuel (Agiwal et al., 2016). La technologie interagira avec presque tous les aspects de notre vie quotidienne (Boccardi et al., 2014), nous présentant des flux de données riches et diversifiés sur nos appareils cellulaires et Wi-Fi.

Bien que tout cela puisse être vrai, cela a un coût. Pour pouvoir se permettre un tel trafic de données, nous devons accepter une expansion des canaux de données (Ben Ishai et al., 2016), ce qui n’est pas possible dans les canaux de fréquences actuellement utilisés, et une explosion concomitante des stations de base (Ge et al., 2016). C’est la raison du passage à la 5G, une norme FCC qui démarre à 28 GHz (rapport FCC 16-89), utilisera bientôt des fréquences jusqu’à 60 GHz et pourrait à terme atteindre la gamme sub-térahertz (rapport FCC 50 -50) .

L’industrie suppose que ces progrès n’entraînent aucun risque pour la santé (T.Wu et al., 2015a, Wu et al., 2015b) et fonde donc sa planification sur les recommandations de la Commission internationale de protection contre les rayonnements non ionisants (ICNIRP) publié en 1998 (Lignes directrices pour limiter l’exposition aux champs électriques, magnétiques et électromagnétiques variables dans le temps (jusqu’à 300 GHz). Commission internationale de protection contre les rayonnements non ionisants, 1998).

Cette recommandation limite l’exposition dans la gamme 5G à une densité de puissance de 10 W/m2 pour le grand public et de 50 W/m2 pour l’exposition professionnelle (« Lignes directrices pour limiter l’exposition aux champs électriques, magnétiques et électromagnétiques variables dans le temps (jusqu’à 300 GHz, Commission internationale de protection contre les rayonnements non ionisants », 1998).

Cependant, ces dernières années, des inquiétudes ont surgi concernant d’éventuels effets biologiques non thermiques et les problèmes de santé qui en résultent du rayonnement électromagnétique cellulaire (Adams et al., 2014, Blank et Goodman, 2009, Darbandi et al., 2017, Hardell et al Sage, 2008, Liu et al., 2013, Panagopoulos, 2017, Sage et Carpenter, 2009, Terzi et al., 2016).

Cela devrait être un drapeau rouge pour la mise en œuvre de la norme 5G. L’une des raisons est que la modalité de notre interaction avec les ondes EM passe de l’absorption directe à une forme plus complexe. En effet, les longueurs d’onde impliquées se rapprochent des dimensions des structures cutanées, ce qui entraîne des effets d’ondes stationnaires entre les couches.

De plus, en 2008, nous avons émis l’hypothèse que la nature tortueuse des canaux sudoripares de la peau humaine pourrait agir comme une série d’antennes hélicoïdales à faible Q à des fréquences inférieures à THz (Feldman et coll., 2008, Feldman et coll., 2009).

En d’autres termes, il y aurait une gamme de fréquences parfaitement adaptées à l’absorption par notre peau. De manière inquiétante, il existe des preuves d’effets biologiques non thermiques dans cette gamme de fréquences (Zhadobov et al., 2011, Le Dréan et al., 2013, Habauzit et al., 2014, Mahamoud et al., 2016).

Dans ce travail, nous présenterons le contexte scientifique de base de ce concept et les preuves physiques à l’appui du phénomène. Ensuite, nous examinerons les effets sur la simulation de l’interaction EM avec la peau et présenterons un modèle de peau réaliste. Enfin, nous calculons le débit d’absorption spécifique de la peau (DAS) attendu dans la gamme de fréquences couverte par la norme 5G.

Section Extraits

Contexte scientifique

Des études de la morphologie de la peau par tomographie par cohérence optique (OCT) ont montré que les extrémités des canaux sudoripares, qui conduisent la sueur de la glande vers le pore à la surface de la peau, ont une structure en spirale (voir Fig. 1) (Serup et Trèves-Mork, 2007). Ceci et le fait que la constante diélectrique du derme est supérieure à celle de l’épiderme (Gabriel et al., 1996) suggèrent que les canaux sudoripares pourraient être considérés comme des entités électromagnétiques.

Méthodes expérimentales

Les résultats des simulations ont été vérifiés dans une série d'expériences in vivo avec une gamme de sujets dans la bande W (75-110 GHz). Il a été montré que le coefficient de réflexion de la peau est fortement dépendant de l'exposition physiologique du sujet (Feldman et al., 2009, Feldman et al., 2008). Pendant les expériences, la paume de la main était tenue par un trépied placé à une distance fixe de l'antenne cornet connectée à l'entrée du Vector Network Analyzer (VNA). la

approche informatique

Dans un avenir proche, des applications nécessiteront une transmission de données à des débits ultra-élevés de 100 Gbit par seconde et plus. En effet, la planification de nouvelles réglementations industrielles pour l’utilisation de la bande sub-THz est bien avancée sous les auspices du groupe d’intérêt IEEE 802,15 THz (Kürner et Priebe, 2014) et, le 14 juillet 2016, la Federal Communications Commission (FCC) des États-Unis ) a adopté de nouvelles règles pour le fonctionnement du haut débit sans fil au-dessus de 24 GHz (Kürner et Priebe, 2014). Dans ces

Le modèle

Le modèle est une cellule unitaire composée de deux couches principales : le derme et l’épiderme, ce dernier étant divisé en trois sous-couches : l’épiderme interne (IE), l’épiderme moyen (ME) et la couche cornée (SC) (voir Fig. 7) . Le canal sudoral en spirale a été intégré dans la couche épidermique car les premières études (Hayut et al., 2013) montrent que le rayonnement THz ne dépasse pas la profondeur typique de la couche épidermique, c’est-à-dire quelques centaines de microns, et la couche sous-cutanée n’est donc pas pertinente .

résultats

La Fig. 11 montre les modèles de distribution SAR pour le modèle calculé à une fréquence de 440 GHz. La conductivité ca du canal a été appliquée sur 10 000 S/m, (a) pour le modèle à peau mince (Fig. 10), (b) le même modèle avec une section transversale montrant le conduit de soudage, (c) pour le modèle à peau mince sans conduit de soudage intégré, et (d) la section transversale du même modèle sans canal. Le noir représente une valeur DAS élevée (plus de 1.76 W/kg et dB) et le blanc une valeur DAS douce. La simulation montre que le plus important

Inférences

Le besoin de taux de transfert de données élevé, combiné aux progrès de la technologie des semi-conducteurs, pousse l’industrie des communications dans la gamme sub-THz. Bien que les promesses d’un avenir glorieux avec un flux de données presque illimitées puissent être tentantes, ce luxe à un prix. Nos villes, nos lieux de travail et nos maisons seront inondés de stations de base 5G et nous vivrons dans un smog EM sans précédent. Les avantages d’une telle mise en réseau pour notre société