[論文レビュー] Human Electromagnetic Field Exposure in Wearable Communications: A Review

Seungmo Kim, Yakub Ahmed Sharif+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2019

Electromagnetic Fields and Biological Effects参考文献 64被引用数 13

ひとこと要約

本稿は、商業用ウェアラブルデバイスからの人体への電磁界（EMF）露出についてレビューし、2.4 GHzおよび60 GHzにおける比吸収率（SAR）に焦点を当てている。市販製品におけるSARレベルを分析し、測定基準を評価した結果、60 GHzのウェアラブルデバイスはICNIRPおよびFCCのSAR指針を上回る可能性があり、安全性を確保するためには、最小12 mm（ICNIRP基準）および15 mm（FCC基準）の分離距離が必要であることが判明した。

ABSTRACT

The concern on human health is often overseen while wearable technologies attract exploding interests. Mainly due to the extreme proximity or a direct physical contact to the human skin, wearable communications devices are acknowledged to cause higher levels of specific absorption rate (SAR) at the skin surface. Unfortunately, so far, we have found no study encompassing all the aspects that the general public needs to understand about wearable technologies--i.e., the analytical and experimental backgrounds, and report of SAR levels generated from commercial wearable devices. In this context, this paper provides an extensive review on SAR from various commercial wearable devices that are currently sold in the market, as well as the analytical framework and the current measurement methodologies for standard compliance tests. Moreover, considering the present interest in millimeter wave (mmW), this paper sheds light on the SAR evaluated at 60 GHz and also compares the SAR to that measured at 2.4 GHz. We expect that this paper will be of value in informing the general public of the safety in using the currently sold wearable devices, and in igniting further study of the exact biological consequences from electromagnetic field (EMF) exposure due to wearable devices.

研究の動機と目的

• 市販のウェアラブルデバイスからの実際のSARレベルに関する包括的な研究が不足しているという問題に対処すること。
• 特に60 GHz帯のミリ波（mmW）周波数が、従来の2.4 GHz帯と比較して人体へのEMF露出に与える影響を分析すること。
• ウェアラブルテクノロジーのSAR測定手法および適合基準について詳細なレビューを提供すること。
• 現在の安全性指針に基づいて、一般向けに情報を提供するとともに、メーカーが安全な設計手法を採用できるように支援すること。
• 特に高周波数帯での長時間または高強度のEMF露出と関連する健康リスクの可能性を評価すること。

提案手法

• ウェアラブルデバイスのSAR、EMF露出、基準に関する文献レビューを実施した。
• Apple AirPod、Fitbit、Snapカメラ、Apple Watchなど、商業用ウェアラブルデバイスの製品仕様書および外部情報源からSARデータを収集した。
• 公に開示されていないSAR値については、IEEEおよびICNIRP指針に基づく標準的なSAR計算フレームワークを適用して推定した。
• 方向性放射パターンを有するマイクロストリップパッチおよびYagi-Udaアンテナモデルを用いて、2.4 GHzおよび60 GHzにおけるSAR分布をシミュレーションし、比較した。
• 人体からの距離に応じたSARの変化を評価し、皮膚表面への露出に特に注目した。
• ICNIRPおよびFCCの安全性限界に準拠するため、時間平均SAR式を用いて適合性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Apple AirPod、Fitbit、Snapウェアラブルカメラ、Apple Watchなどの現在市場に出回っているウェアラブルデバイスが実際に発生させるSARレベルはどの程度か？
• RQ2 ウェアラブル通信システムにおいて、60 GHz帯のSARは2.4 GHz帯のSARと比べてどのように異なるか？
• RQ3 ICNIRPおよびFCCのSAR指針に準拠するためには、ウェアラブルデバイスと人体との間で最小どれほどの分離距離が必要か？
• RQ4 2.4 GHzおよび60 GHz帯における放射パターン（全方向性対指向性）が、皮膚表面への局所的SAR露出にどのように影響を与えるか？
• RQ5 60 GHz帯における送信電力の増加およびアンテナドライバー数の増加が、人体へのEMF露出にどの程度影響を及えるか？

主な発見

• Apple AirPod、Fitbit、Apple Watchなどの商業用ウェアラブルデバイスのSARレベルは、製品仕様書および標準的なSAR計算モデルを用いて調査された。
• 2.4 GHz帯では、測定したすべての距離においてSAR値がICNIRPおよびFCCの安全性基準をはるかに下回っていた。
• 60 GHz帯では、デバイスが皮膚に近接している場合、SAR値がICNIRPおよびFCCの指針を上回ることが確認された。
• 60 GHz帯のウェアラブルデバイスがICNIRP基準に準拠するためには、最小12 mmの分離距離が必要である。
• 60 GHz帯のウェアラブルデバイスがFCC基準に準拠するためには、最小15 mmの分離距離が必要である。
• Yagi-Udaアンテナに見られるような高指向性放射パターンを60 GHz帯で使用すると、エネルギーが集中するため、皮膚表面の局所的SARが上昇する。