Come funzionano le tecnologie wireless?
Dalla ricarica wireless al 5G, perché le onde elettromagnetiche emesse
dai nostri dispositivi non sono un pericolo per la nostra salute
Nel nostro articolo sulle fake news, vi avevamo promesso un’intervista con Igor Spinella, ingegnere meccatronico e CEO di Einova, per approfondire tutto ciò che riguarda il wireless e le onde elettromagnetiche. La rivoluzione del 5G, infatti, ha sollevato non pochi dubbi sulla natura di questa tecnologia e sulle possibili conseguenze per la nostra salute. Ecco perché abbiamo pensato di spiegarvi come funzionano ricarica e telecomunicazioni wireless, cosa sono le onde elettromagnetiche e perché i dispositivi che usiamo quotidianamente non rappresentano un pericolo per l’uomo. Cominciamo!
?
Igor, ci spieghi il principio fisico alla base della ricarica wireless?
Bisogna innanzitutto distinguere tra ricarica di prossimità e ricarica a distanza. Entrambe si servono delle onde elettromagnetiche, ma in modo diverso. La ricarica di prossimità sfrutta il principio dell’induzione elettromagnetica, quello che fa funzionare tutti i nostri caricatori wireless. Prendiamo, ad esempio, le nostre Charging Stones: quando attacchiamo la spina alla presa, il flusso di corrente alternata attraversa la bobina di trasmissione, presente all’interno della pietra, e genera un campo magnetico variabile nel tempo. Questo campo raggiunge la bobina ricevente — integrata nello smartphone compatibile con la ricarica wireless — che, a sua volta, genera corrente elettrica e la converte in tensione di ricarica.
Non c’è irraggiamento elettromagnetico nell’etere, perché le due bobine sono vicine, anzi, adiacenti. Questo consente di limitare al massimo la dispersione dell’energia (quindi di raggiungere un’alta efficienza energetica) e rende impossibile qualsiasi tipo di interazione tra le onde elettromagnetiche e il corpo umano. I nostri caricatori a induzione possono trasmettere fino a centinaia di watt, a seconda dell’applicazione, ma sono tutti efficienti e sicuri, come testimoniano le certificazioni obbligatorie, necessarie per poterli commercializzare (ad esempio CE, FCC), e le certificazioni di qualità (ad esempio Qi ed UL).
La tecnologia a distanza, invece, è ancora in fase di studio. Ad esempio, Motorola e Xiaomi hanno da poco sviluppato prototipi di sistemi di trasmissione per smartwatch, auricolari Bluetooth e altri dispositivi di piccole dimensioni. Sottolineiamo subito che, rispetto alla ricarica a induzione, l’efficienza è ridotta: buona parte dell’energia trasmessa, infatti, si disperde, perché il processo è fisicamente molto più complesso.
Igor Spinella, ingegnere meccatronico
e CEO di Einova
Quando gettiamo un sassolino nell’acqua, si creano delle onde sferiche meccaniche, che si indeboliscono a mano a mano che si allontanano dal punto in cui è caduto il sasso. La stessa cosa avviene con l’energia: quella che parte dalla sorgente, cioè dall’antenna trasmittente, si distribuisce su un volume maggiore a mano a mano che le onde elettromagnetiche sferiche si propagano nell’etere; all’antenna ricevente non può che arrivare una parte molto piccola della potenza in uscita dal trasmettitore.
Per ovviare a questo problema, Motorola e Xiaomi hanno pensato di indirizzare al meglio l’energia verso il dispositivo ricevente. In che modo? L’antenna trasmittente è un array, cioè una matrice di tante piccole antenne, che vengono pilotate in modo da generare un fascio collimato di onde elettromagnetiche (invece che un’onda sferica omnidirezionale) indirizzato verso il dispositivo da caricare. Benché questa soluzione aiuti a migliorare l’efficienza, le alte frequenze in gioco e la difficile controllabilità del fascio fanno sì che, dei 5 W emessi dal trasmettitore, al ricevitore arrivi appena 1 W …. Veramente poco!
Inoltre, se il fascio collimato della ricarica wireless a distanza raggiungesse la stessa potenza che si raggiunge con l’induzione — come detto, siamo in grado di alimentare TV o elettrodomestici in modo sicuro, trasmettendo centinaia di watt — , sarebbe pericoloso attraversarlo. Di conseguenza, è necessario limitare questa tecnologia di ricarica a 5 W, come prevede la normativa FCC, evitando qualunque tipo di rischio per il corpo umano — a discapito, però, della velocità di ricarica e dell’efficienza.
?
Come funzionano, invece, le telecomunicazioni wireless?
Il principio è identico a quello della ricarica a distanza: ci sono un’antenna trasmittente e un’antenna ricevente, solo che le onde elettromagnetiche, in questo caso, non veicolano potenza, ma segnali, cioè informazioni. Ovviamente, c’è comunque trasmissione di energia, ma è decisamente ridotta rispetto ai sistemi di ricarica wireless.
?
Come sono fatte le onde elettromagnetiche della ricarica wireless?
Quando si parla di onde elettromagnetiche, bisogna tenere conto di tre fattori: ampiezza, lunghezza d’onda e frequenza di oscillazione. La lunghezza d’onda descrive la distanza tra le creste dell’onda, mentre la frequenza indica il numero di creste in una determinata unità di tempo. Queste due grandezze, infatti, sono inversamente proporzionali, perché minore è la distanza tra le creste, maggiore è la loro ricorrenza in un arco di tempo. L’ampiezza, invece, è proporzionale alla potenza del segnale.
Per capire meglio a cosa corrispondono questi parametri, possiamo pensare alle onde meccaniche del suono. L’ampiezza ne descrive l’intensità: un bisbiglio, ad esempio, ha un’ampiezza d’onda minore rispetto ad un urlo. La frequenza, invece, indica il registro, e infatti il suono acuto di un violino ha una frequenza più alta rispetto a quella del suono grave di un contrabbasso.
Le onde elettromagnetiche hanno frequenze molto più elevate delle onde meccaniche. Immaginiamo un percorso nello spettro elettromagnetico, che proceda in senso crescente. Per prime, troviamo le onde radio, con frequenze che vanno da decine di kHz (1 kHz = 1000 Hz) a centinaia di MHz (1 Mhz = 1 milione di Hertz): la lunghezza di queste onde è paragonabile a quella di edifici.
Salendo, incontriamo le microonde, con frequenze dai 300 MHz alle centinaia di GHz (1 GHz = 1 miliardo di Hertz). Il comune wifi, il 5G e il forno a microonde lavorano tutti nelle frequenze dei GHz. Dobbiamo preoccuparci? Assolutamente no, perché l’ampiezza di queste onde — l’altro parametro fondamentale — è diversa. Un forno necessita di una potenza elevata per cuocere gli alimenti, a differenza del wifi o del 5G, che sfruttano potenze bassissime e innocue per trasmettere i segnali.
Continuando a salire in frequenza, incontriamo onde elettromagnetiche che conosciamo bene: la luce visibile. Perché temiamo il 5G, che pure ha frequenze relativamente basse, e non siamo per niente preoccupati dalla luce e dai colori? Probabilmente perché li vediamo e li conosciamo da sempre, quindi non li percepiamo come una minaccia. Eppure, dagli ultravioletti emessi dal sole (che hanno una frequenza ancora più alta), bisogna davvero proteggersi, per evitare scottature, rughe e, in casi estremi, anche melanomi … Altro che 5G e caricatori wireless!
Ricapitolando, la frequenza gioca un ruolo importante (ripensiamo al suono del violino e del contrabbasso), ma anche l’ampiezza è determinante (quanto è forte il suono). Ecco perché chi produce sistemi di ricarica e di telecomunicazioni wireless è obbligato a rispettare standard che stabiliscono entro quali bande di frequenza devono rientrare le onde elettromagnetiche emesse, a seconda del loro scopo, e quanta potenza possono trasmettere.
“Perché temiamo il 5G, che pure ha frequenze relativamente basse, e non siamo per niente preoccupati dalla luce e dai colori?”
Igor Spinella
?
Quindi le onde elettromagnetiche non possono in alcun modo essere nocive per il nostro organismo?
Un buon dato fisico su cui possiamo ragionare è quello relativo all’esposizione. Come abbiamo visto, nella ricarica e nelle telecomunicazioni wireless, la propagazione delle onde avviene o nell’etere o direttamente tra due dispositivi elettronici adiacenti. In entrambi i casi, perciò, non possono esserci ripercussioni sul nostro organismo. Gli studi sugli effetti dei campi elettromagnetici a radiofrequenza riguardano principalmente le emissioni generate dai nostri smartphone.
Quando telefoniamo, esponiamo l’orecchio alle onde prodotte dal campo magnetico del cellulare: sono onde a bassa frequenza e bassa energia che, una volta assorbite dal corpo, producono calore, inducendo un lieve aumento della temperatura — che possiamo constatare molto facilmente, se ci tocchiamo l’orecchio dopo aver chiuso la telefonata. L’assorbimento è espresso in SAR (potenza elettromagnetica assorbita per unità di massa) e misurato in W/kg. Per legge, i cellulari non possono superare un SAR di 2 W/kg: si tratta di una soglia ampiamente lungimirante, che tiene conto dei livelli massimi di potenza che uno smartphone può raggiungere — ad esempio quando il segnale è scarso, o durante la composizione del numero di telefono.
Non esistono, inoltre, evidenze scientifiche sulla correlazione tra assorbimento delle onde elettromagnetiche — a questi livelli di frequenza — e insorgenza di patologie. Prendere ulteriori precauzioni, tuttavia, si può: ad esempio, utilizzare gli auricolari, anziché avvicinare il telefono all’orecchio, è un ottimo modo per limitare l’assorbimento delle onde elettromagnetiche.
?
In conclusione, il wireless è sicuro e affidabile al 100%?
Assolutamente sì. Nel secolo scorso ci ha rivoluzionato la vita, permettendoci di comunicare a distanza e di emanciparci dalle barriere fisiche imposte dai cavi elettrici. Ma, essendo questa tecnologia in continua evoluzione, in un futuro molto prossimo ci permetterà di trasmettere e ricevere dati ed energia molto più velocemente, e di sincronizzare sempre più connessioni.